【導(dǎo)讀】運(yùn)算放大器(簡稱“運(yùn)放”)是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中,通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。以下將為大家講解運(yùn)算放大器常見指標(biāo)及重要特性分析。
輸入失調(diào)電壓(Offset Voltage,VOS)
定義:在運(yùn)放開環(huán)使用時, 加載在兩個輸入端之間的直流電壓使得放大器直流輸出電壓為 0。
優(yōu)劣范圍:1µV 以下,屬于極優(yōu)秀的。100µV 以下的屬于較好的。最大的有幾十mV。
對策:
1 選擇 VOS遠(yuǎn)小于被測直流量的放大器,
2 過運(yùn)放的調(diào)零措施消除這個影響
3 如果你僅關(guān)心被測信號中的交變成分,你可以在輸入端和輸出端增加交流耦合電路,將其消除。
如果 IB1=IB2,那么選擇 R1=R2//RF,可以使電流形成的失調(diào)電壓會消失。但實(shí)際中IB1=IB2很難滿足
失調(diào)電壓漂移(Offset Voltage Drift)
定義:當(dāng)溫度變化(µV/°C)、時間持續(xù)(µV/MO)、供電電壓(µV/V)等自變量變化時, 輸入失調(diào)電壓會發(fā)生變化。
后果:很嚴(yán)重。因?yàn)樗荒鼙徽{(diào)零端調(diào)零,即便調(diào)零完成,它還會帶來新的失調(diào)。
對策:第一, 就是選擇高穩(wěn)定性,也就是上述漂移系數(shù)較小的運(yùn)放。第二,有些運(yùn)放具有自歸零技術(shù),它能不斷地測量失調(diào)并在處理信號過程中把當(dāng)前失調(diào)電壓減掉。
輸入偏置電流(Input bias current, IB)
定義:當(dāng)輸出維持在規(guī)定的電平時,兩個輸入端流進(jìn)電流的平均值。Ib=(Ib1+Ib2)/2
優(yōu)劣范圍:60fA~100µA。
后果:第一,當(dāng)用放大器接成跨阻放大測量外部微小電流時,過大的輸入偏置電流會分掉被測電流,使測量失準(zhǔn)。第二,當(dāng)放大器輸入端通過一個電阻接地時,這個電流將在電阻上產(chǎn)生不期望的輸入電壓。
對策:為避免輸入偏置電流對放大電路的影響,最主要的措施是選擇 IB較小的放大器。
輸入失調(diào)電流(Input offset current, IOS)
定義:當(dāng)輸出維持在規(guī)定的電平時,兩個輸入端流進(jìn)電流的差值。
優(yōu)劣范圍:20fA~100µA。
Ib=Ib1-Ib2
后果:失調(diào)電流的存在,說明兩個輸入端客觀存在的電流有差異,無法用外部電阻實(shí)現(xiàn)匹配抵消偏置電流的影響。
噪聲指標(biāo)(Noise)
運(yùn)放常見的噪聲根源有兩類,一類為 1/f 噪聲,其電能力密度曲線隨著頻率的上升而下降; 一類為白噪聲,或者叫平坦噪聲,其電能力密度曲線是一條直線,與頻率無關(guān)。
如何根據(jù)datasheet估算運(yùn)放的噪聲??
如何計(jì)算電阻的噪聲??
噪聲的有效值和峰峰值關(guān)系:噪聲峰峰值為噪聲有效值的 6.6 倍。
輸入電壓范圍(Input Voltage Range)
定義:保證運(yùn)算放大器正常工作的最大輸入電壓范圍。也稱為共模輸入電壓范圍。
當(dāng)運(yùn)放最大輸入電壓范圍與電源范圍比較接近時,比如相差 0.1V 甚至相等、超過,都可以叫“輸入軌至軌”,表示為 Rail-to-rail input,或 RRI。
理解:運(yùn)放的兩個輸入端,任何一個的輸入電壓超過此范圍,都將引起運(yùn)放的失效。注意,超出此范圍并不代表運(yùn)放會被燒毀,但絕對參數(shù)中出現(xiàn)的此值是堅(jiān)決不能超過的。
輸出電壓范圍(VOH/VOL 或者 Swing from rail)
定義:在給定電源電壓和負(fù)載情況下,輸出能夠達(dá)到的最大電壓范圍。當(dāng)運(yùn)放的輸出范圍已經(jīng)接近于電源電壓范圍時,就自稱“輸出軌至軌”,表示為 Rail-to-rail output,或 RRO。
理解:在沒有額外的儲能元件情況下,運(yùn)放的輸出電壓不可能超過電源電壓范圍,隨著負(fù)載的加重,輸出最大值與電源電壓的差異會越大。
輸出電壓范圍,或者輸出至軌電壓有如下特點(diǎn):
1) 正至軌電壓與負(fù)至軌電壓的絕對值可能不一致,但一般情況下數(shù)量級相同;
2) 至軌電壓與負(fù)載密切相關(guān),負(fù)載越重(阻抗小) 至軌電壓越大;
3) 至軌電壓與信號頻率相關(guān),頻率越高,至軌電壓越大,甚至?xí)蝗淮蠓认陆?
4) 至軌電壓在 20mV 以內(nèi),屬于非常優(yōu)秀。
5) RRIO(輸入輸出均軌至軌)