運算放大器設計

　　放大器是能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其餘電器元件組成。用在通信、廣播、雷達、電視、自動控制等各類裝置中。
　　增長信號幅度或功率的裝置，它是自動化技術工具中處理信號的重要元件。放大器的放大做用是用輸入信號控制能源來實現的，放大所需功耗由能源提供。對於線性放大器，輸出就是輸入信號的復現和加強。對於非線性放大器，輸出則與輸入信號成必定函數關係。放大器按所處理信號物理量分爲機械放大器、機電放大器、電子放大器、液動放大器和睦動放大器等，其中用得最普遍的是電子放大器。隨着射流技術（見射流元件）的推廣，液動或氣動放大器的應用也逐漸增多。電子放大器又按所用有源器件分爲真空管放大器、晶體管放大器、固體放大器和磁放大器，其中又以晶體管放大器應用最廣。在自動化儀表中晶體管放大器經常使用於信號的電壓放大和電流放大，主要形式有單端放大和推輓放大。此外，還經常使用於阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉換、電荷-電壓轉換（如電荷放大器）以及利用放大器實現輸出與輸入之間的必定函數關係（如運算放大器）。
　　原理：高頻功率放大器用於發射機的末級，做用是將高頻已調波信號進行功率放大，以知足發送功率的要求，而後通過天線將其輻射到空間，保證在必定區域內的接收機能夠接收到滿意的信號電平，而且不干擾相鄰信道的通訊。
　　高頻功率放大器是通訊系統中發送裝置的重要組件。按其工做頻帶的寬窄劃分爲窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器一般以具備選頻濾波做用的選頻電路做爲輸出迴路，故又稱爲調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其餘寬帶匹配電路，所以又稱爲非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成爲高頻交流輸出在 「低頻電子線路」課程中已知，放大器能夠按照電流導通角的不一樣，將其分爲甲、乙、丙三類工做狀態。甲類放大器電流的流通角爲360o，適用於小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等於 180o；丙類放大器電流的流通角則小於180o。乙類和丙類都適用於大功率工做丙類工做狀態的輸出功率和效率是三種工做狀態中最高者。高頻功率放大器大多工做於丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，於是不能用於低頻功率放大，只能用於採用調諧迴路做爲負載的諧振功率放大。因爲調諧迴路具備濾波能力，迴路電流與電壓仍然極近於正弦波形，失真很小。
　　運算放大器設計
　　運算放大器是模數轉換電路中的一個最通用、最重要的的單元。全差分運放是指輸入和輸出都是差分信號的運放, 與普通的單端輸出運放相比有如下幾個優勢: 輸出的電壓擺幅較大;較好的抑制共模噪聲;更低的噪聲;抑制諧波失真的偶數階項比較好等。所以一般高性能的運放多采用全差分形式。近年來,全差分運放更高的單位增益帶寬頻率及更大的輸出擺幅使得它在高速和低壓電路中的應用更加普遍。隨着日益增長的數據轉換率, 高速的模數轉換器需求愈來愈普遍, 而高速模數轉換器須要高增益和高單位增益帶寬運放來知足系統精度和快速創建的須要。速度和精度是模擬電路兩個最重要的性能指標,然而,這二者的要求是互相制約、互爲矛盾的。因此同時知足這兩方面的要求是困難的。摺疊共源共柵技術能夠較成功地解決這一難題, 這種結構的運放具備較高的開環增益及很高的單位增益帶寬。全差分運放的缺點是它外部反饋環的共模環路增益很小, 輸出共模電平不能精確肯定,所以,通常狀況下需加共模反饋電路  。
　　運放結構的選擇
　　運算放大器的結構重要有三種:(a) 簡單兩級運放,(b)摺疊共源共柵,(c)共源共柵,如圖1 的前級所示。本次設計的運算放大器的設計指標要求差分輸出幅度爲±4V, 即輸出端的全部NMOS 管的VDSAT,N 之和小於0.5V,輸出端的全部PMOS 管的VDSAT,P 之和也必須小於0.5V  。
　　主運放結構
　　該運算放大器存在兩級:(1)Cascode 級增大直流增益(M1-M8)；(2)、共源放大器(M9-M12)  。
　　共模負反饋
　　對於全差分運放, 爲了穩定輸出共模電壓,應加入共模負反饋電路。在設計輸出平衡的全差分運算放大器的時候,必須考慮到如下幾點:共模負反饋的開環直流增益要求足夠大,最好可以於差分開環直流增益至關;共模負反饋的單位增益帶寬也要求足夠大,最好接近差分單位增益帶寬;爲了確保共模負反饋的穩定, 通常狀況下要求進行共模迴路補償;共模信號監測器要求具備很好的線性特性;共模負反饋與差模信號無關, 即便差模信號通路是關斷的  。
　　該運算放大采用連續時間方式來實現共模負反饋功能。
　　該結構共用了共模放大器和差模放大器的輸入級中電流鏡及輸出負載。這樣,一方面下降了功耗; 另外一方面保證共模放大器與差模放大器在交流特性上保持一致。由於共模放大器的輸出級與差模放大器的輸出級能夠徹底共用,電容補償電路也同樣。只要差模放大器頻率特性是穩定的,則共模負反饋也是穩定的。這種共模負反饋電路使得全差分運算放大器能夠像單端輸出的運算放大器同樣設計, 而不用考慮共模負反饋電路對全差分放大器的影響  。
　　電壓偏置電路:寬擺幅電流
　　在共源共柵輸入級中須要三個電壓偏置,爲了使得輸入級的動態範圍大一些,寬擺幅電流源來產生所須要的三個偏置電壓 [1]
　　放大器OPA544FKTTT的詳細參數
　　放大器類型：功率
　　電路數：1
　　壓擺率：8 V/s
　　增益帶寬積：1.4MHz
　　電流 - 輸入偏置：15pA
　　電壓 - 輸入失調：1mV
　　電流 - 電源：12mA
　　電流 - 輸出/通道：4A
　　電壓 - 電源，單/雙（±）：20 V ~ 70 V，±10 V ~ 35 V工做溫度：-40°C ~ 85°C安裝類型：表面貼裝封裝/外殼：TO-263-6，DPak（5 引線 + 接片），TO-263BA供應商器件封裝：DDPAK/TO-263-5品牌：BB型號：OPA544FKTTT
　　類型：通訊IC
　　電源電壓：200-250V
　　功率：200-250V
　　頻率：200-250V
　　針腳數：200-250V
　　封裝：TO263-5,50/T
　　批號：08
　　營銷方式：現貨