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硬件工程师《运放秘籍》仪表放大器Multisim仿真专项来了

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本文摘要(由ai生成):

这是一篇由仿真秀专栏作者工程师看海创作的关于硬件设计的文章。在文章中,作者介绍了自己的背景和专业领域,并分享了自己在过去一年中完成的两件硬件设计相关的大事。接着,作者详细介绍了自己的原创书籍《硬件设计指南》和原创视频课程《运放秘籍》,并强调了运算放大器在硬件设计中的重要性。最后,作者介绍了自己的课程安排,并针对不同人群提供了相应的学习建议。


导读:今天给读者朋友推荐一位硬件设计专家,仿真秀专栏作者-工程师看海,他是《运放秘籍》系列视频优质内容创作者、畅销书《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》作者,前小米硬件工程师,国际人类脑图谱会员,985毕业,多次参与千万级别项目研发,任职世界500强,仿真秀优秀讲师、知乎、CSDN、电子星球知名博主。专注于硬件、软件设计分享,前沿技术剖析,他将在仿真秀平台为用户提供硬件设计仿真视频教程,定制培训和技术咨询等服务,欢迎关注工程师看海仿真秀专栏。

一、写在文前

大家好,我是仿真秀专栏作者-工程师看海在过去的2023年,我完成了硬件设计内容创作的2件大事
其一,我的原创书籍《硬件设计指南》已经成功上市。全书一共分六个章节,涉及到常用的元器件、基本的电源架构、模拟信号处理、信号完整性基础、手机电路设计、测试与仪表。涵盖的知识点广而精,实在是入门硬件设计的优秀书籍。欢迎大家订阅和交流。

其二,我要做中国用心的运放培训视频!我的原创视频课程《运放秘籍》第一部开天通用运放基础课程”正式上线了。目前已有300+名学员学习,且好评不断。这部视频70小节、12小时的原创教程,都是我平时工作、学习的宝贵心得体会,看过的同学深有体会。
在我看来,运算放大器是一门很钻的技术方向,需要系统性学习,简单几句话很难讲清楚。我计划把《运放秘籍》分四部进行系统详解:
目前第一部-开天,通用运放基础已完结。第二部-辟地,仪表放大器专项视频课程,于2024年3月在仿真秀官网和APP进行完整上线,并为学员提供VIP群交流服务和学习资料,详情见后文。

二、差分放大电路的缺点,你知道几个?

1、 差分放大器结构  
话不多说,直接干货,图1是差分放大电路的基本结构,由一个运算放大器和4个外围匹配电阻组成,常用来进行电流检测或差分信号放大,差分放大器有几个固有的弊端,如果不了解这些弊端,将影响我们的电路设计,看看这些弊端,你知道几个?(本文整理自看海的原创视频课程《运放秘籍》第二部:仪表放大器专项,详见后文)
图1 差分放大电路
2. 差分放大器弊端一:输入阻抗低 

差分放大器的输入阻抗非常低,这与它的匹配电阻相关,而且差分放大器两个输入端的阻抗并不对称。怎么计算两个输入端的输入阻抗呢?

如图1 中,计算Vi-的输入阻抗时,我们只看Vi-,忽略Vi+,参考图2 左图。此时的电路是一个反相放大的结构,由《运放秘籍》前期课程可知,反相放大电路的输入阻抗就约等于输入电阻R1。

图2 差分放大输入阻抗计算
计算Vi+的输入阻抗时,我们只看Vi+,忽略Vi-,参考图2 右图。此时的电路类似一个同相放大的结构,Vi+是被R1和R2分压后再被同相放大的,Vi+经过R1和R2到地,因此,Vi+的输入阻抗大约是电阻(R1+R2)的值。
我们做下输入阻抗的仿真,见图3 ,Vi-的输入阻抗是1KΩ,Vi+的输入阻抗是11KΩ,与我们前文分析的一致,详细仿真方法参考《运放秘籍》完整内容。
图3 差分放大输入阻抗仿真
差分放大器的输入阻抗不但低,而且两个输入端的阻抗并不对称,如果连接到差分放大器的信号源的两个引脚源阻抗不匹配,也会降低CMRR,这就是差分放大电路的二:共模抑制比低。

3、差分放大器弊端二:共模抑制比低 

差分放大器最完美的状态是图1电路中的两个R1完全相等、两个R2完全相等,然而,我们无法找到两个阻值一模一样的电阻,常见的电阻也有1%的误差。这会使得电阻失配,将大大降低共模抑制比CMRR。
图4 中,我们简单体会下差分放大器的CMRR,左边仿真图中,电阻是完全匹配的,输入的共模信号是0.1V@50Hz,此时输出是10uV,也就是说0.1V的共模输入信号被转换成了10uV的输出信号(虚拟运放模型的CMRR是100dB),换句话说就是,在外围电阻完全匹配的情况下,差分放大器的CMRR并不是无穷大,这受限于运算放大器。

图4 差分放大CMRR与电阻失配

而图4右图中,我们只把其中的一个电阻,按照最大误差1%从1KΩ改成了1.01KΩ,则在相同共模输入的情况下,输出变成了大约1000uV,是左图的10uV的100倍。这就是电阻失配,将降低共模抑制比,使得抑制共模干扰的能力大大降低。

能不能增加差分放大电路的输入阻抗和共模抑制比?于是,就有了经典的3运放仪表放大器。

、《运放秘籍》仪表放大器专项教程

[差分放大器]和[仪表放大器]在模拟电路中具有非常广泛的应用场景,然而无论课堂上还是工作中,大部分老师、同学或工程师,只了解电路基本原理,却不熟悉技术细节,往往导致电路抗干扰能力弱、噪声大或是信号失真严重。

我的视频课程《运放秘籍》第二部:仪表放大器专项,专门针对上述问题进行系统性讲解。以电流检测为起点,引入差分放大器的两个重大缺点,拓展到提高输入阻抗、提高共模抑制比的策略,引入仪表放大器。

以下是课程安排

高性能应用仪表放大器Multisim仿真专项40讲:快速解决分析噪声大信号失真等严重问题

课程可随时回放,可开具发票
讲师提供vip群知识圈答疑和模型下载

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本课程系统性讲解仪表放大器的各项性能参数,通过直流、交流仿真掌握仪表放大器各参数概念,如压摆率、回流路径、增益、PSRR、CMRR、钻石图和噪声等。列举实际电路当中常见的错误应用案例,强调电路设计注意事项,做到理论仿真的闭环学习过程,最终完成仪表放大器的系统性学习。

1、针对人

(1)本、硕在校生:为找工作做准备、不满足于课堂内容的学生;

(2)备战电子设计竞赛:为电赛、智能车、物联网竞赛打基础;

(3)高校科研实验室:信号采集、电路等科研相关工作;

(4)科研院所:技术不扎实想学硬本领;

(5)初级硬件工程师:需要快速成长,缺乏总结对技术了解不深;

(6)转行做电路设计:机械等方向的同学想转行做硬件。

2、你会得到什么

  • 掌握Multisim仿真软件基本使用方法;

  • 学会交流分析、瞬态分析、噪声分析和交互式仿真;

  • 学会导入ADI、Ti的运放模型到Multisim;

  • 学会差分放大电路应用要点;

  • 学会提高差分放大电路共模抑制比和输入阻抗;

  • 学会仪表放大器的应用要点;

  • 掌握仪表放大器的各参数及其仿真;

  • 理解钻石图的应用原则;

  • 提供订阅用户交流群和知识圈答疑服务(可私问或公开提问)。

3、课程部分截图:

精品原创学习视频,还有看海专业答疑!
(完)
来源:仿真秀App
电源电路信号完整性通用电子芯片理论ANSYSMultisim
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-03-28
最近编辑:1月前
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