嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-82888379  13718660290
购物车图片 购物车 ( )
全部商品分类

差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索

2021/8/23 14:53:19
浏览次数: 59
运算放大器结构探秘
 
大学模拟电子课上,老师反复强调:理想运放的增益无穷大,分析运放,首先注意虚断和虚短,我们都坚决贯彻老师的说教,然而忽略了其他一些比较重要的概念:比如共模抑制比、失调电压、偏置电流等。
 
一、运放输入模型
 
按照运放模型,比较全面的梳理出运放的基本模型:就是差模信号和共模信号的叠加。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
二、虚短概念
 
上学时,老师一直强调,理想运放要注意虚断和虚短。运放的同相端输入和反相端输入相等,这是怎么一回事呢?
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
理想运放开环增益无穷大,实际略小,大部分在100dB(100000)倍左右,按这个增益,要让输出变化3V,同相反相输入端只需30uV的压差即可,如果加上纹波、噪声等干扰信号,同相反相端基本上无变化。
 
于是又引入反馈,做闭环,同相反相端的电压差忽略不计。如同撑杠杆,小臂微微一动,大臂不住晃动。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
三、差模输入和共模输入
 
在应用中,运放可以输入差模信号,也可以输入共模信号,共模信号大部分来自噪声,最核心的愿景是:共模被抵消,差模被放大。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
举个例子,有人在高铁车厢内做过一个实验,竖着摆放一排硬币,不管车速多快,硬币都立得很稳。这好比共模信号,外面环境怎样变化,信号不受影响。差模信号呢,就像人在车厢里来回走动,只要正常范围内,都不受到外界的干扰。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
四、输入电压范围(Vin或Vcm)
 
运算放大器输入范围比较复杂,理论上来讲,同相端和反相端模拟输入在电源的正轨到负轨之间都能满足,运放的上下管大致对称,大部分时间,取运放的共模输入电压Vcm为1/2 Vdd。这样,运放主要工作在线性区。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
五、小信号检测方法
 
运算放大器用来做电流小信号采集时,往往会面临一个令人疑惑的问题,信号该如何采集?是采用高边电流检测还是采用低边电流检测?部分的意见采低边,部分人的意见是采高边,大家各抒己见,莫衷一是。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
舞台看戏,下层的演员多,而且间杂观众,很容易被遮挡,被观众淹没;楼上的明显好得多,容易被分辨,楼层越高,成本也更高,修楼费工时、造价不便宜!
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
差分放大器介绍
 
一个不太形象的比喻,你在崎岖的山路上,提着满满的行李,追赶一辆高速运行的火车,你需要跑到车头找到你的座位,你会觉得非常吃力,大概率你还追不上;如果你已经上车了,站在车上,你会感觉很稳定,车尾车头来回走,也会很轻松。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
这跟共模干扰比较类似,由于传感器信号主要是通过施加电压差做为输出,信号的差值电压很小,而且,由于布局布线引起的EMI和共模干扰、温度漂移、等等。把传感器比喻做携带行李的旅客,把运放的同相端和反相端当做车厢,只要传感器信号给定在这中间,相对的干扰就会小很多。由于传感器的信号存在压差,避免运放异常饱和,引入差分放大器。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
基于成本考虑,行业之内,大部分设计还会采用普通运放,基于减法器的模型,搭建一个差动放大器。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
差分放大器的原理就像照镜子,物理学上的说法称作镜像,讲究对称和平衡,只有做到两边一模一样,效果才会最佳,否则,就会失真。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
为了做到镜像效果,需要在模拟前端做阻抗匹配,由于各点参考源不同,阻抗又有误差,完全阻抗匹配非常困难,下图是一个经典的差分运放,通过输出静默电压Uoz,用KCL去求解同相输入和反相输入阻抗,结果差异很大。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
有人会问,如何确定上面各电阻的值?正常来说,按照镜像原理,偏置电流一样,放大倍数相当,可以很容易求出4个电阻之间的关系,如何确定R1,会略微麻烦点,需要查运放的几个限制条件,阻值需满足:大于瞬时输出电压/最大输出电流、小于输入失调电压/输入偏置电流、还要注意热噪声影响,等等。
 
仪表放大器介绍
 
差分放大器能处理大部分模拟前端,但是,由于系统输入阻抗有限,需要加入复杂的匹配电路,然而,外围电阻精度和PCB线路阻抗,又会产生新的问题。
 
为了解决差分运放输入阻抗较低等问题,各大厂家又做了很多优化,有人采用如图的双运放方法来实现仪表放大。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
双运放有两个弱点:不支持单位增益、不同频率的共模抑制比较差。于是众多厂商引入另一种方案,采用三运放方法,不少大厂推出的仪表放大器,都是基于三运放原理来实现的。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
Microchip运放解决方案
 
仪表放大器 MCP6N16-100
 
针对工业客户应用,Microchip提出自己独特的解决方案,与众多厂商推出三运放仪表放大器方案不同,Microchip推出间接电流反馈型仪表放大器,间接电流反馈型仪表放大器内部结构如下图所示。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
间接电流反馈型仪表放大器是怎么工作的呢?前级做跨导放大,实现V-I转换,后级做跨阻放大I-V转换,用下面这张图来描述,也许会更准确一些。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
间接电流反馈型仪表放大器和三运放仪表放大器存在一些差别,主要优势:
 
●     在宽Vcm范围内具有高CMRR(轨到轨)
●     工作区域广(Vin和Vout)
●     适合低电压应用
●     无“Hex”图
●     高阻态Vref输入
●     更好的增益温度系数匹配 
 
应用案例——惠斯通桥
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
零漂移放大器 MCP6V61
 
另外,Microchip的零漂移放大器产品,主要针对较低成本应用,主要特点:
 
高直流精度
 
- VOS 漂移: ±15 nV/°C
- AOL: 125 dB
- PSRR: 117 dB
- CMRR: 120 dB
- (EMIRR) at 1.8 GHz: 101 dB
- 低功耗
- 静态电流80uA
 
应用案例——RTD传感器
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
 
Wolfe表示,Microchip还推出了多款有特色的运放产品,比如低噪声、高精度、全差分系列的MCP6D11、高边电流检测系列MCP6C04等。结合Excelpoint世健的技术支持等服务,可以帮助客户提供一站式选型平台,减少工作难度,尽快让产品上市。
 
差分运放和仪表放大器应用——模拟小信号前端处理探索
来源:世健
 
免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行处理。
 


在线留言询价
推荐阅读
  • 点击次数: 2
    2026-11-04
    AD8319是一款解调对数放大器,它能将RF输入信号精确地转换为相应的dB标度输出。它在级联放大器链上采用渐进压缩技术,每一级均配有检波器单元。该器件有测量和控制器两种工作模式。对于1 MHz至8 GHz信号,它能保持精确的对数一致性,并能在最高10 GHz下工作。输入动态范围为40 dB(典型值,电阻:50 Ω),误差小于±1 dB。AD8319具有8 ns/10 ns响应时间(下降时间/上升时间),实现超过50 MHz脉冲速率的RF突发检测。在环境温度条件下,该器件具有极佳的对数截距稳定性。需在3.0 V至5.5 V电源供电下工作。典型功耗为22 mA,当器件禁用时,功耗降至200 μA。AD8319可配置为向功率放大器提供控制电压或从VOUT引脚提供测量输出。因为输出可以用于控制器应用,所以宽带噪声问题得到了特别处理,可降至较小。在这种模式下,设定点控制电压作用于VSET引脚。RF放大器的反馈环路通过VOUT闭合,其输出将放大器的输出调节至对应于VSET的幅度。AD8319在VOUT引脚端提供0 V至(VPOS − 0.1 V)输出能力,适合控制器应用。作为一款测量器件,VOUT外部连接到VSET以产生输出电压VOUT,该电压为RF输入信号幅度的较小线性dB函数。对数斜率为-22 mV/dB,由VSET接口确定。截距为15 dBm(电阻:50 Ω,CW输入),采用INHI输入。这些参数非常稳定,不随电源电压和温度波动而变化。AD8319采用SiGe双极性IC工艺制造,并采用2 mm × 3 mm、8引脚LFCSP_VD封装,工作温度范围为−40℃至+85℃。特性• 宽带宽:1 MHz至10 GHz• 高精度:±1.0 dB(温度范围内)• 动态范围:>40 dB (8 GHz)• 温度稳定性:±0.5 dB• 低噪...
  • 点击次数: 2
    2026-11-04
    TPS62840 是一款高效降压转换器,具有典型值为 60nA 的超低工作静态电流。此器件具有特殊电路,可在 100% 模式下实现仅 120nA 的 IQ,因此可在放电末期进一步延长电池寿命。此器件采用 DCS-Control 技术,可以为无线电提供干净的电源,工作时具有 1.8MHz 的典型开关频率。在省电模式下,此器件可将轻负载效率向下扩展至 1µA 负载电流及以下。可以将一个电阻器连接到 VSET 引脚以选择 16 种预定义的输出电压,因此这款器件可以灵活地用于各种 应用 并最大限度地减少了外部组件的数量。该器件的 STOP 引脚可立即消除所有的开关噪声,从而在测试和测量系统中执行无噪声测量。TPS62840 提供了高达 750mA 的输出电流。此器件的输入电压为 1.8V 至 6.5V,支持多种电源,例如 2 节至 4 节碱性电池或 1 节至 2 节锂二氧化锰 (Li-MnO2) 或 1 节锂离子/锂亚硫酰氯 (Li-SOCl2) 电池。特性• 60nA 工作静态电流• 100% 占空比模式下,IQ 为 120nA• 输入电压范围 VIN:1.8V 至 6.5V• 高达 750mA 的输出电流• 射频友好型 DCS-Control™• 1µA IOUT(3.6VIN 至 1.8VOUT)时的效率为 80%• 通过 VSET 引脚提供 16 种可选输出电压• 自动转换 PFM/PWM 或强制 PWM 模式• 可选的强制 PWM 和 STOP 模式• 输出放电功能• 25nA 关断电流• SON-8、WCSP-6 和热增强型 HVSSOP-8
  • 点击次数: 3
    2026-11-04
    LTM8033 是一款电磁兼容 (EMC) 36V、3A DC/DC μModule® 降压型转换器,专为满足 EN55022 标准的辐射发射要求而设计。传导发射要求可以通过增设标准的滤波器元件来满足。封装中内置了开关控制器、电源开关、电感器、滤波器以及所有的支持元件。LTM8033 可以在 3.6V 至 36V 的输入电压范围内运作,支持 0.8V 至 24V 的输出电压范围和一个 200kHz 至 2.4MHz 的开关频率范围 (均由单个电阻器来设定)。仅需采用大容量的输入和输出滤波电容器便可实现完整的设计。LTM8033 采用紧凑(11.25mm x 15mm x 4.32mm) 的模压焊盘网格阵列 (LGA) 和球式网格阵列 (BGA) 封装,适合采用标准的表面贴装设备来进行自动化装配。LTM8033 具有符合 SnPb (BGA) 或 RoHS 标准的引脚涂层。特性• 完整的降压型开关模式电源• 宽输入电压范围:3.6V 至 36V• 3A 输出电流• 0.8V 至 24V 输出电压• 符合 EN55022 Class B 标准• 可对多个 LTM8033 稳压器进行均流以提供超过 3A 的输出• 可选的开关频率:200kHz 至 2.4MHz• 电流模式控制• 符合 SnPb 或 RoHS 标准的涂层 • 可编程软起动• 紧凑的表面贴装型 LGA (11.25mm x 15mm x 4.32mm) 和 BGA (11.25mm x 15mm x 4.92mm) 封装应用汽车电池法规便携式产品电源分布式供应监管工业用品壁式变压器调节
  • 点击次数: 2
    2026-11-03
    LT4356-3 浪涌抑制器可保护负载不受高电压瞬态的影响。它可在过压事件(例如汽车负载突降)期间通过控制外部 N 通道 MOSFET 来调节输出。输出将被限制为安全值,从而允许负载继续正常运行。LT4356-3 还可监控 VCC 和 SNS 引脚之间的电压降,以防止发生过流故障。内部放大器可将电流检测电压限制为 50mV。在任一故障条件下,将会根据 MOSFET 应力按比例反向启动计时器。如果计时器终止,FLT 引脚将会拉低以警告即将关断。如果该状况持续存在,则会关闭 MOSFET,直到 SHDN 引脚暂时拉低。该辅助放大器可用作电压检测比较器或用于驱动外部 PNP 调整管的线性稳压器控制器。特性• 可阻止高电压浪涌• 可调输出钳位电压• 过流保护• 宽工作范围:4V 至 80V• 反向输入保护高达 –60V• 7µA 低关断电流• 可调闩锁故障计时器应用汽车/航空电子浪涌保护热插拔/实时插入电池供电系统的高压侧开关
  • 点击次数: 6
    2026-10-30
    MAX74840 是一款单电源、轨到轨输出 (RRO)、结型场效应晶体管 (JFET) 输入运算放大器 (运放)。输入电压范围包括负电源电压,输出电压摆幅可达轨到轨。这样,用户就可以在低电压、单电源应用中最大限度地提高动态输入范围,而无需单独的负电压电源进行接地检测。输入 EMI 滤波器可提高信号在面对邻近开关噪声源时的鲁棒性。带宽和转换速率方面的速度随着强大的输出驱动而提高,从而改善了建立时间性能,并使这些器件能够驱动现代单端逐次逼近寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC) 的输入。MAX74840 的额定工作温度范围为 -40°C 至 +125°C,工作电压为 5V 至 30V,额定电压为 ±15V。MAX74840 采用 8 引脚 MSOP 封装。特性宽增益带宽乘积:典型值 8MHz高压摆率23V/μs 典型值(低到高)-18V/μs 典型值(高到低)低输入偏置电流:TA = 25°C 时为最大值 ±15pA低失调电压:TA = 25°C 时为最大值 ±10mV低失调电压漂移:典型值±4μV/°C输入电压范围包括引脚 V-轨到轨输出电磁干扰抑制比(EMIRR)在 f = 1000MHz 和 f = 2400MHz 时,典型值为 90dB。应用高输出阻抗传感器接口光电二极管传感器接口跨阻放大器ADC 驱动器精密滤波器和信号调理
热门分类
关于我们

───  公众号二维码  ───

兆亿微波商城微信公众号

兆亿微波商城www.rfz1.com是一个家一站式电子元器件采购平台,致力于为广大客户提供高质量、高性能的电子元器件产品。产品覆盖功放器件、射频开关、滤波器、混频器、功分器、耦合器、衰减器、电源芯片、电路板及射频电缆等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、BOM配单及提供产品配套资料等,为客户提供一站式供应链采购服务。 

  • 品质 • 正品行货 购物无忧
  • 低价 • 普惠实价 帮您省钱
  • 速达 • 专业配送 按时按需
Copyright ©2020 - 2021 兆亿微波科技有限公司
X
1

QQ设置

    1
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

电话 电话 电话
010-82888379
    1
6

二维码管理

    1
返回顶部
展开