1. 程式人生 > >運放的主要引數

運放的主要引數

文章原始地址: http://feotech.com/?p=111

整合運放的引數較多,其中主要引數分為直流指標和交流指標。
1、直流指標又分為:
(1)輸入失調電壓VIO:輸入失調電壓定義為整合運放輸出端電壓為零時,兩個 輸入端之間所加的補償電壓。輸入失調電壓實際上反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電壓越小。輸入失調電壓是運放的一個十分重要的指標,特別是精密運放或是用於直流放大時。輸入失調電壓與製造工藝有一定關係,其中雙極型工藝(即上述的標準矽工藝)的輸入失調電壓在±1~10mV之間;採用場效電晶體做輸入級的,輸入失調電壓會更大一些。對於精密運放,輸入失調電壓一般在 1mV以下。輸入失調電壓越小,直流放大時中間零點偏移越小,越容易處理。所以對於精密運放是一個極為重要的指標。
(2)輸入失調電壓的溫度漂移(簡稱輸入失調電壓溫漂)αVIO:輸入失調電壓的溫度漂移定義為在給定的溫度範圍內, 輸入失調電壓的變化與溫度變化的比值。這個引數實際是輸入失調電壓的補充,便於計算在給定的工作範圍內,放大電路由於溫度變化造成的漂移大小。一般運放的輸入失調電壓溫漂在±10~20μV/℃之間,精密運放的輸入失調電壓溫漂小於±1μV/℃。
(3)輸入偏置電流IIB:輸入偏置電流定義為當運放的輸出直流電壓為零時,其 兩輸入端的偏置電流平均值。輸入偏置電流對進行高阻訊號放大、積分電路等對輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與製造工藝有一定關係,其中雙極型工藝(即上述的標準矽工藝)的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間;採用場效電晶體做輸入級的,輸入偏置電流一般低於1nA。
(4)輸入失調電流IIO:輸入失調電流定義為當運放的輸出直流電壓為零時,其 兩輸入端偏置電流的差值。輸入失調電流同樣反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電流越小。輸入失調電流是運放的一個十分重要的指標,特別是精密運放或是用於直流放大時。輸入失調電流大約是輸入偏置電流的百分之一到十分之一。輸入失調電流對於小訊號精密放大或是直流放大有重要影響,特別是運放 外部採用較大的電阻(例如10k或更大時),輸入失調電流對精度的影響可能超過輸入失調電壓對精度的影響。輸入失調電流越小,直流放大時中間零點偏移越 小,越容易處理。所以對於精密運放是一個極為重要的指標。
(5)輸入失調電流的溫度漂移(簡稱輸入失調電流溫漂):輸入偏置電流的溫度漂移定義為在給定的溫度範圍內, 輸入失調電流的變化與溫度變化的比值。這個引數實際是輸入失調電流的補充,便於計算在給定的工作範圍內,放大電路由於溫度變化造成的漂移大小。輸入失調電流溫漂一般只是在精密運放參數中給出,而且是在用以直流訊號處理或是小訊號處理時才需要關注。
(6)差模開環直流電壓增益:差模開環直流電壓增益定義為當運放工作於線性區時, 運放輸出電壓與差模電壓輸入電壓的比值。由於差模開環直流電壓增益很大,大多數運放的差模開環直流電壓增益一般在數萬倍或更多,用數值直接表示不方便比較,所以一般採用分貝方式記錄和比較。一般運放的差模開環直流電壓增益在 80~120dB之間。實際運放的差模開環電壓增益是頻率的函式,為了便於比較,一般採用差模開環直流電壓增益。
(7)共模抑制比:共模抑制比定義為當運放工作於線性區時,運放差模增益與共模增益的比值。共模抑制比是一個極為重要的指標,它能夠抑制差模輸入==模干擾信 號。由於共模抑制比很大,大多數運放的共模抑制比一般在數萬倍或更多,用數值直接表示不方便比較,所以一般採用分貝方式記錄和比較。一般運放的共模抑制比在80~120dB之間。
(8)電源電壓抑制比:電源電壓抑制比定義為當運放工作於線性區時,運放輸 入失調電壓隨電源電壓的變化比值。電源電壓抑制比反映了電源變化對運放輸出的影響。目前電源電壓抑制比只能做到80dB左右。所以用作直流訊號處理或是小 訊號處理模擬放大時,運放的電源需要作認真細緻的處理。當然,共模抑制比高的運放,能夠補償一部分電源電壓抑制比,另外在使用雙電源供電時,正負電源的電源電壓抑制比可能不相同。
(9)輸出峰-峰值電壓:輸出峰-峰值電壓定義為,當運放工作於線性區時,在指定的負載下,運放在當前大電源電壓供電時,運放能夠輸出的最大電壓幅度。除低壓運放外,一般運放的輸出輸出峰-峰值電壓大於±10V。一般運放的輸出峰 -峰值電壓不能達到電源電壓,這是由於輸出級設計造成的,現代部分低壓運放的輸出級做了特殊處理,使得在10k負載時,輸出峰-峰值電壓接近到電源電壓 的50mV以內,所以稱為滿幅輸出運放,又稱為軌到軌(raid-to-raid)運放。需要注意的是,運放的輸出峰-峰值電壓與負載有關,負載不同,輸 出峰-峰值電壓也不同;運放的正負輸出電壓擺幅不一定相同。對於實際應用,輸出峰- 峰值電壓越接近電源電壓越好,這樣可以簡化電源設計。但是現在的滿幅輸出運放只能工作在低壓,而且成本較高。
(10)最大共模輸入電壓:最大共模輸入電壓定義為,當運放工作於線性區時,在 運放的共模抑制位元性顯著變壞時的共模輸入電壓。一般定義為當共模抑制比下降6dB 是所對應的共模輸入電壓作為最大共模輸入電壓。最大共模輸入電壓限制了輸入訊號中的最大共模輸入電壓範圍,在有干擾的情況下,需要在電路設計中注意這個問題。
(11)最大差模輸入電壓:最大差模輸入電壓定義為,運放兩輸入端允許加的最大輸入電壓差。當運放兩輸入端允許加的輸入電壓差超過最大差模輸入電壓時,可能造成運放輸入級損壞。
2、主要交流指標包括:
(1)開環頻寬:開環頻寬定義為,將一個恆幅正弦小訊號輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得開環電壓增益從運放的直流增益下降3db(或是相當於運放的直流增益的0.707)所對應的訊號頻率。這用於很小訊號處理。
(2)單位增益頻寬GB:單位增益頻寬定義為,運放的閉環增益為1倍條件下, 將一個恆幅正弦小訊號輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得閉環電壓增益下降3db(或是相當於運放輸入訊號的0.707)所對應的訊號頻率。單位增益頻寬是一個很重要的指標,對於正弦小訊號放大時,單位增益頻寬等於輸入訊號頻率與該頻率下的最大增益的乘積,換句話說,就是當知道要處理的訊號頻率和訊號需要的增以後,可以計算出單位增益頻寬,用以選擇合適的運放。這用於小訊號處理 中運放選型。
(3)轉換速率(也稱為壓擺率)SR:運放轉換速率定義為,運放接成閉環條件下,將一個大 訊號(含階躍訊號)輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得運放的輸出上升速率。由於在轉換期間,運放的輸入級處於開關狀態,所以運放的反饋迴路不起作用,也就是轉換速率與閉環增益無關。轉換速率對於大訊號處理是一個很重要的指標,對於一般運放轉換速率SR<=10V/μs,高速運放的轉換速率 SR>10V/μs。目前的高速運放最高轉換速率SR達到 6000V/μs。這用於大訊號處理中運放選型。
(4)全功率頻寬BW:全功率頻寬定義為,在額定的負載時,運放的閉環增益 為1倍條件下,將一個恆幅正弦大訊號輸入到運放的輸入端,使運放輸出幅度達到最大(允許一定失真)的訊號頻率。這個頻率受到運放轉換速率的限制。近似地,全功率頻寬=轉換速率/2πVop(Vop是運放的峰值輸出幅度)。全功率頻寬是一個很重要的指標,用於大訊號處理中運放選型。
(5)建立時間:建立時間定義為,在額定的負載時,運放的閉環增益為 1倍條件下,將一個階躍大訊號輸入到運放的輸入端,使運放輸出由0增加到某一給定值的所需要的時間。由於是階躍大訊號輸入,輸出訊號達到給定值後會出現一定抖動,這個抖動時間稱為穩定時間。穩定時間+上升時間=建立時間。對於不同的輸出精度,穩定時間有較大差別,精度越高,穩定時間越長。建立時間是一個很重要的指標,用於大訊號處理中運放選型。
(6)等效輸入噪聲電壓:等效輸入噪聲電壓定義為,遮蔽良好、無訊號輸入的的運放,在其輸出端產生的任何交流無規則的干擾電壓。這個噪聲電壓折算到運放輸入端時,就稱為運放輸入噪聲電壓(有時也用噪聲電流表示)。對於寬頻噪聲,普通運放的輸入噪聲電壓有效值約10~20μV。
(7)差模輸入阻抗(也稱為輸入阻抗):差模輸入阻抗定義為,運放工作線上性區時,兩輸入端 的電壓變化量與對應的輸入端電流變化量的比值。差模輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容,在低頻時僅指輸入電阻。一般產品也僅僅給出輸入電阻。採用雙極型電晶體做輸入級的運放的輸入電阻不大於10兆歐;場效電晶體做輸入級的運放的輸入電阻一般大於109歐。
(8)共模輸入阻抗:共模輸入阻抗定義為,運放工作在輸入訊號時(即運放兩輸入端輸入同一個訊號),共模輸入電壓的變化量與對應的輸入電流變化量之比。在低頻情況下,它表現為共模電阻。通常,運放的共模輸入阻抗比差模輸入阻抗高很多,典型值在108歐以上。
(9)輸出阻抗:輸出阻抗定義為,運放工作線上性區時,在運放的輸出端加訊號電壓,這個電壓變化量與對應的電流變化量的比值。在低頻時僅指運放的輸出電阻。這個引數在開環測試。
【選擇運放主要看的引數】設計者必須綜合考慮設計目標的訊號電平,閉環增益,要求精度,所需頻寬,電路阻抗,環境條件及其他因素,並把設計要求的效能轉換成運放的引數,建立各個引數的取值以及它們隨溫度、時間、電流電壓等變化的範圍。