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2016 Microchip Technology Inc. DS00001747A_CN 1 简介 运算放大器 (运放)为直接耦合的高增益差分放大器, 是各类应用中都会用到的模拟数据处理元件。了解运放 的特性对于选择适合具体用途的运放来说至关重要,当 然这也可称为了解应用需求。运放拥有非常广泛的终端 应用,本文仅讨论其中的一部分,并不会涉及到所有应 用场合。 带反馈功能的放大器传递函数可通过网络中的无源元件 进行有效的控制。在设计之初,对于任何应用假设采用 的都是理想的运放。但是对精度要求更高的应用需要设 计人员查看运放的一些非理想参数和特性。如果某些常 规的应用需求可通过常见的经验法则来实现,那么当应 用具有严格的性能要求时,将需要更彻底的特性分析。 本应用笔记旨在说明运放的一些比较重要的参数及其对 于某些应用的重要性,并讨论采用 PIC16F 系列单片机 片内运放的应用的具体示例和案例研究。文中还将 MCP602 TL082 等独立运放与 PIC16F 中的运放的特 性进行了比较。 运放的特性 在讲述 PIC ® 单片机中运放的特性之前,先了解一下通 用运放的一些重要参数将有助于理解其重要性。将 PIC16F 片内运放的某些参数与 MCP602 TL082 等其 他独立运放进行比较。这些市面上可用的标准运放会广 泛用于本文所讨论的应用中。 运放中的高频衰减和补偿特性 对于带负反馈的运放,如果输入端通过反馈网络接收到 输出信号 -180° 的反相信号,即会引起振荡。运放通常 都具有“高频衰减”特性,即意味着其最终将产生 -180° 相移,但相较于正常工作频率来说,这是一个较高的频 率,由多个极点决定。 然而还必须确保在增益降至 1 以下时才发生衰减。其中 一种方法是通过补偿电容强制进行衰减。由于运放增益 通常较高,所以非常有必要进行高频衰减,否则将很容 易引起高频振荡。此外,高频衰减还可被理解为运放中 内置的固有低通滤波器。 运放的稳定性 要确保基于运放系统的稳定性,其闭环响应必须类似于 单极响应。如果闭环增益和开环增益在衰减速率为 20 dB/decade 时相交,则表明系统是稳定的。如果这个相 交点是发生在闭环响应衰减速率下降到 40 dB/decade就会使运放产生振荡。一个极点引入 90° 的相移,那么 两个极点即会引入 180° 的相移。一旦反馈回路中产生了 180° 相移,负反馈系统即会转变为正反馈系统,进而就 会引起振荡。 注: 有关运放的基本原理和工作原理的信息, 请参见Microchip网站上提供的以下应用笔 记: AN682AN722AN723 AN1177作者: Vinaya Skanda Microchip Technology Inc. 采用 8 PIC ® 单片机的运算放大器应用 AN1747

AN1747 - Microchip

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00001747A.book
PIC16F MCP602TL082PIC16F


-180° “” -180°
1

20 dB/decade 40 dB/decade 90° 180° 180°
Microchip AN682 AN722 AN723 AN1177
Vinaya Skanda Microchip Technology Inc.
2016 Microchip Technology Inc. DS00001747A_CN 1
AN1747

1 180° PIC16F 40°
1
0dB
DS00001747A_CN 2 2016 Microchip Technology Inc.
AN1747

PIC16F 90 dB 2 MHzMCP602 2.8 MHzTL082 4 MHz
100 kHz 10 dB 1 MHz 3 dB 1 MHz 5 10

V/us PIC16F 3 V/us MCP602 TL082 2.3 V/us 13 V/us

BJTBipolar Junction Transistor PIC16F +/-3 mV MCP602 +/-0.7 mV TL082 +/-5 mV


PIC16F 0 VDD

Common-Mode Rejection RationCMRRCMRR PIC16F70 dBCMRR MCP602 CMRR 90 dB TL082 CMRR 100 dB CMRR

Power Supply Rejection RatioPSRR 80 dB PSRR MCP602 PSRR 88 dBTL082 100 dB 20 dB PSRR 80 dB PIC16F 100 mV 0.1 mV

Microchip
AN1747
PIC16(L)F1782 MCP602 TL082
VDD 25°C
PIC16(L)F1782/3 VDD = 3V
MCP602 VDD = 5.5V
TL082 VDD = 15V

GBWP — 2 — — 2.8 — — 4 — MHz PM — 40 — — 50 — — 45 —
SR — 3 — — 2.3 — 8 13 — V/µs OFF — ±3 ±9 -2 ±0.7 +2 — ±5 ±15 mV CMRR 55 70 — 75 90 — 70 100 — dB AOL — 90 — 100 115 — — — — dB VICM 0 — VDD VSS -
0.3 — VDD -

AN1747

2

-
+
AN1747
“” AN1523 “Sine Wave Generation Using Numerically Controlled Oscillator Module”



PIC16F1783 MCP602 Microchip
MCP602 Sallen Key Sallen Key 4
4 MCP602
I/P Filter Stage 1
MCP602
O/P
AN1747
PIC16F1783
6 PIC16F1783
–– MCP602 LPF – FFT
I/P OPA OPB
On-chip OPAMP
On-chip OPAMP
AN1747
7 PIC16F1783 LPF
–– PIC16F1783 LPF – FFT
1
Hz 200 200 200
200 Hz dBV 5 2.5 2.5
400 Hz dBV -35 n/a n/a
600 Hz dBV -9.375 -42.5 -40.625
DS00001747A_CN 8 2016 Microchip Technology Inc.
AN1747
MCP602 PIC16F178X PIC16F1783 PIC16F170X PIC16F171X
PIC16F Bill of Material BOM

8 Analog-to-Digital Converter ADC
8
AN1747

9
ADC ADC GO 1 ADC ADCGO 1
Rsense
AN1747

Voltage Mode ControlVMC III III

10
AN1747

11 PIC16F1783 PIC16F1786
11
/
VBIAS
DS00001747A_CN 12 2016 Microchip Technology Inc.
AN1747

MICROCHIP
4. AN1258 —— Op Amp Precision Design:PCB Layout Techniques
5. AN722 ——
AN1747

QUALITY MANAGEMENT SYSTEM CERTIFIED BY DNV
== ISO/TS 16949 ==
Microchip Chandler Tempe Gresham ISO/TS-16949:2009 Microchip PIC® MCU dsPIC® DSCKEELOQ® EEPROM Microchip ISO 9001:2000

Microchip Technology Inc.


Microchip
/
Microchip


Microchip Microchip AnyRate dsPICFlashFlexflexPWRHeldoJukeBloxKeeLoq KeeLoq Kleer LANCheck LINK MD MediaLB MOSTMOST MPLABOptoLyzerPICPICSTART PIC32 RightTouch SpyNIC SST SST
SuperFlash UNI/O Microchip Technology Inc.

ClockWorks The Embedded Control Solutions Company ETHERSYNCH Hyper Speed Control HyperLight Load IntelliMOS mTouch Precision Edge QUIET-WIRE Microchip Technology Inc.
Analog-for-the-Digital AgeAny CapacitorAnyInAnyOut BodyComchipKITchipKIT CodeGuarddsPICDEM
dsPICDEM.netDynamic Average MatchingDAMECAN
EtherGREEN In-Circuit Serial Programming ICSP Inter- Chip ConnectivityJitterBlockerKleerNetKleerNet
MiWimotorBenchMPASMMPFMPLAB Certified
MPLIBMPLINKMultiTRAKNetDetachOmniscient Code Generation PICDEM PICDEM.net PICkit PICtail PureSiliconRightTouch REAL ICERipple Blocker Serial Quad I/OSQISuperSwitcherSuperSwitcher IITotal EnduranceTSHARCUSBCheckVariSenseViewSpan WiperLockWireless DNAZENAMicrochip Technology Inc.
SQTP Microchip Technology Inc.
Silicon Storage TechnologyMicrochip Technology Inc.

GestIC Microchip Technology Inc. Microchip Technology Germany II GmbH & Co. & KG


ISBN978-1-5224-0197-1
Microchip Chandler Tempe Gresham ISO/TS-16949:2009 Microchip PIC®
MCU dsPIC® DSCKEELOQ® EEPROM Microchip ISO 9001:2000
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Microchip Microchip
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New York, NY Tel: 1-631-435-6000
San Jose, CA Tel: 1-408-735-9110 Toronto Tel: 1-905-673-0699 Fax: 1-905-673-6509

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-
-
-
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Korea - Seoul Tel: 82-2-554-7200 Fax: 82-2-558-5932 82-2-558-5934
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Philippines - Manila Tel: 63-2-634-9065 Fax: 63-2-634-9069
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Denmark-Copenhagen Tel: 45-4450-2828 Fax: 45-4485-2829
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07/14/15
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