运算放大器设计

　　放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其余电器元件组成。用在通信、广播、雷达、电视、自动控制等各类装置中。
　　增长信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。放大器的放大做用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器，输出就是输入信号的复现和加强。对于非线性放大器，输出则与输入信号成必定函数关系。放大器按所处理信号物理量分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、液动放大器和睦动放大器等，其中用得最普遍的是电子放大器。随着射流技术（见射流元件）的推广，液动或气动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器又按所用有源器件分为真空管放大器、晶体管放大器、固体放大器和磁放大器，其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放大器经常使用于信号的电压放大和电流放大，主要形式有单端放大和推挽放大。此外，还经常使用于阻抗匹配、隔离、电流-电压转换、电荷-电压转换（如电荷放大器）以及利用放大器实现输出与输入之间的必定函数关系（如运算放大器）。
　　原理：高频功率放大器用于发射机的末级，做用是将高频已调波信号进行功率放大，以知足发送功率的要求，而后通过天线将其辐射到空间，保证在必定区域内的接收机能够接收到满意的信号电平，而且不干扰相邻信道的通讯。
　　高频功率放大器是通讯系统中发送装置的重要组件。按其工做频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器一般以具备选频滤波做用的选频电路做为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其余宽带匹配电路，所以又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在 “低频电子线路”课程中已知，放大器能够按照电流导通角的不一样，将其分为甲、乙、丙三类工做状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工做丙类工做状态的输出功率和效率是三种工做状态中最高者。高频功率放大器大多工做于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，于是不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路做为负载的谐振功率放大。因为调谐回路具备滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
　　运算放大器设计
　　运算放大器是模数转换电路中的一个最通用、最重要的的单元。全差分运放是指输入和输出都是差分信号的运放, 与普通的单端输出运放相比有如下几个优势: 输出的电压摆幅较大;较好的抑制共模噪声;更低的噪声;抑制谐波失真的偶数阶项比较好等。所以一般高性能的运放多采用全差分形式。近年来,全差分运放更高的单位增益带宽频率及更大的输出摆幅使得它在高速和低压电路中的应用更加普遍。随着日益增长的数据转换率, 高速的模数转换器需求愈来愈普遍, 而高速模数转换器须要高增益和高单位增益带宽运放来知足系统精度和快速创建的须要。速度和精度是模拟电路两个最重要的性能指标,然而,这二者的要求是互相制约、互为矛盾的。因此同时知足这两方面的要求是困难的。折叠共源共栅技术能够较成功地解决这一难题, 这种结构的运放具备较高的开环增益及很高的单位增益带宽。全差分运放的缺点是它外部反馈环的共模环路增益很小, 输出共模电平不能精确肯定,所以,通常状况下需加共模反馈电路  。
　　运放结构的选择
　　运算放大器的结构重要有三种:(a) 简单两级运放,(b)折叠共源共栅,(c)共源共栅,如图1 的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V, 即输出端的全部NMOS 管的VDSAT,N 之和小于0.5V,输出端的全部PMOS 管的VDSAT,P 之和也必须小于0.5V  。
　　主运放结构
　　该运算放大器存在两级:(1)Cascode 级增大直流增益(M1-M8)；(2)、共源放大器(M9-M12)  。
　　共模负反馈
　　对于全差分运放, 为了稳定输出共模电压,应加入共模负反馈电路。在设计输出平衡的全差分运算放大器的时候,必须考虑到如下几点:共模负反馈的开环直流增益要求足够大,最好可以于差分开环直流增益至关;共模负反馈的单位增益带宽也要求足够大,最好接近差分单位增益带宽;为了确保共模负反馈的稳定, 通常状况下要求进行共模回路补偿;共模信号监测器要求具备很好的线性特性;共模负反馈与差模信号无关, 即便差模信号通路是关断的  。
　　该运算放大采用连续时间方式来实现共模负反馈功能。
　　该结构共用了共模放大器和差模放大器的输入级中电流镜及输出负载。这样,一方面下降了功耗; 另外一方面保证共模放大器与差模放大器在交流特性上保持一致。由于共模放大器的输出级与差模放大器的输出级能够彻底共用,电容补偿电路也同样。只要差模放大器频率特性是稳定的,则共模负反馈也是稳定的。这种共模负反馈电路使得全差分运算放大器能够像单端输出的运算放大器同样设计, 而不用考虑共模负反馈电路对全差分放大器的影响  。
　　电压偏置电路:宽摆幅电流
　　在共源共栅输入级中须要三个电压偏置,为了使得输入级的动态范围大一些,宽摆幅电流源来产生所须要的三个偏置电压 [1]
　　放大器OPA544FKTTT的详细参数
　　放大器类型：功率
　　电路数：1
　　压摆率：8 V/s
　　增益带宽积：1.4MHz
　　电流 - 输入偏置：15pA
　　电压 - 输入失调：1mV
　　电流 - 电源：12mA
　　电流 - 输出/通道：4A
　　电压 - 电源，单/双（±）：20 V ~ 70 V，±10 V ~ 35 V工做温度：-40°C ~ 85°C安装类型：表面贴装封装/外壳：TO-263-6，DPak（5 引线 + 接片），TO-263BA供应商器件封装：DDPAK/TO-263-5品牌：BB型号：OPA544FKTTT
　　类型：通讯IC
　　电源电压：200-250V
　　功率：200-250V
　　频率：200-250V
　　针脚数：200-250V
　　封装：TO263-5,50/T
　　批号：08
　　营销方式：现货