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運(yùn)算放大器常見(jiàn)指標(biāo)及重要特性分析

發(fā)布時(shí)間:2019-08-14 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)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(jiàn)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(kāi)環(huán)使用時(shí), 加載在兩個(gè)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(duì)策:
 
1 選擇 VOS遠(yuǎn)小于被測(cè)直流量的放大器,
 
2 過(guò)運(yùn)放的調(diào)零措施消除這個(gè)影響
 
3 如果你僅關(guān)心被測(cè)信號(hào)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(huì)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(shí)間持續(xù)(µV/MO)、供電電壓(µV/V)等自變量變化時(shí), 輸入失調(diào)電壓會(huì)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(huì)帶來(lái)新的失調(diào)。
 
對(duì)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(cè)量失調(diào)并在處理信號(hào)過(guò)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(shí),兩個(gè)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(cè)量外部微小電流時(shí),過(guò)大的輸入偏置電流會(huì)分掉被測(cè)電流,使測(cè)量失準(zhǔn)。第二,當(dāng)放大器輸入端通過(guò)一個(gè)電阻接地時(shí),這個(gè)電流將在電阻上產(chǎn)生不期望的輸入電壓。
 
對(duì)策:為避免輸入偏置電流對(duì)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(shí),兩個(gè)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(shuō)明兩個(gè)輸入端客觀存在的電流有差異,無(wú)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(jiàn)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(wú)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(shí),比如相差 0.1V 甚至相等、超過(guò),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(gè)輸入端,任何一個(gè)的輸入電壓超過(guò)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(huì)被燒毀,但絕對(duì)參數(shù)中出現(xiàn)的此值是堅(jiān)決不能超過(guò)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(shí),就自稱“輸出軌至軌”,表示為 Rail-to-rail output,或 RRO。
 
理解:在沒(méi)有額外的儲(chǔ)能元件情況下,運(yùn)放的輸出電壓不可能超過(guò)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(huì)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(duì)值可能不一致,但一般情況下數(shù)量級(jí)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(hào)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)
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