運(yùn)放常用基本參數(shù),如下:
※輸入失調(diào)電壓(InputOffset Voltage)Vos
※輸入失調(diào)電壓的溫漂(OffsetVoltage Drift)Drift
※輸入偏執(zhí)電流(InputBias Current)Ib
※輸入失調(diào)電流(InputOffset Current)Ios
※共模電壓輸入范圍(InputCommon-Mode Voltage Range)Vcm
※輸出動(dòng)態(tài)范圍特性(OutputCharacteristics)
※壓擺率(SlewRate)SR
※增益帶寬積(GainBandwidth Product)GBP
※開(kāi)環(huán)增益(Open-LoopVoltage Gain)Aol
※共模信號(hào)抑制比(CommonMode Rejection)
※電源紋波抑制比(SupplyVoltage Rejection)
※噪聲密度(NoiseDensity)
實(shí)際運(yùn)放參數(shù)有很多種,這里只是列出來(lái)我們通常普遍用到的參數(shù)。
下面是輸入特性
1.1 、輸入失調(diào)電壓( InputOffset Voltage **)**Vos
將運(yùn)放的兩個(gè)輸入端接地,理想運(yùn)放輸出為零,但實(shí)際運(yùn)放輸出不為零。將輸出電壓除以增益得到的等效輸入電壓稱為輸入失調(diào)電壓。
一般定義為運(yùn)放輸出為零時(shí),兩個(gè)輸入端之間所加的補(bǔ)償電壓。該值反映了運(yùn)放內(nèi)部電路的對(duì)稱性,對(duì)稱性越好,輸入失調(diào)電壓越小。
高精度運(yùn)放,內(nèi)部補(bǔ)償電路做的好,對(duì)稱性好,相對(duì)來(lái)說(shuō)就貴。
** Vos** (輸入失調(diào)電壓)越小,芯片價(jià)格就越貴。
那么我們是根據(jù)我們信號(hào)的特性來(lái)選擇我們的運(yùn)放,不一定所有的使用運(yùn)放的地方都用高精度運(yùn)放,要考慮到我們產(chǎn)品性價(jià)比,成本需要廉價(jià)。
下圖是,運(yùn)放的Vos參數(shù)圖表:
一般給出一個(gè)典型值(常溫下25℃),然后給出一個(gè)全溫度的范圍值。
一般來(lái)說(shuō)我們做設(shè)計(jì)時(shí)我們要考慮的都是最大值(Max),并且是全溫度的最大值,因?yàn)槲覀儾荒鼙WC我們的產(chǎn)品工作在什么溫度下并且全溫度下已經(jīng)考慮了溫漂的影響。
Vos是離散分布的,不同的個(gè)體,它的分布屬于高斯分布(正態(tài)分布)的一個(gè)狀態(tài)下。針對(duì)某一個(gè)芯片呢,它的Vos是固定的(同溫度下),這個(gè)固定也是相對(duì)的,它會(huì)隨著溫度的變化而變化(這個(gè)就是由另一個(gè)參數(shù)體現(xiàn)的--輸入失調(diào)電壓的溫漂)。
1.2 、輸入失調(diào)電壓的溫漂( OffsetVoltage Drift )
輸入失調(diào)電壓的溫漂又叫溫度系數(shù)TCVOS,一般為數(shù)uV/C輸入失調(diào)電壓的溫度漂移(簡(jiǎn)稱輸入失調(diào)電壓的溫漂)aVIO:定義為在給定的溫度范圍內(nèi),輸入失調(diào)電壓的變化與溫度變化的比值。
作為輸入失調(diào)電壓的補(bǔ)充,便于計(jì)算在給定的工作范圍內(nèi),放大電路由于溫度變化造成的輸入失調(diào)電壓漂移大小。
做的好的高精度運(yùn)放,溫度每升高一度,電壓變化納伏級(jí)別計(jì)算;一般的,溫度每升高一度,電壓升高變化微伏級(jí)別計(jì)算。
下面是一個(gè)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓的溫漂曲線表,如下:
此參數(shù)也有典型值和最大值,那么我們計(jì)算的時(shí)候也按照最大值來(lái)計(jì)算。
1.3 、輸入偏置電流( InputBias Current )IB
定義為當(dāng)運(yùn)放的輸出直流電壓為零時(shí)運(yùn)放兩輸入端流進(jìn)或流出直流電流的平均值。
輸入偏置電流對(duì)進(jìn)行高阻信號(hào)放大、積分電路等對(duì)輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與制造工藝有一定關(guān)系。
輸入偏置電流對(duì)我們的源信號(hào)有影響,源信號(hào)的輸出阻抗輸出電流會(huì)有一部分進(jìn)入運(yùn)放或者說(shuō)經(jīng)過(guò)運(yùn)放進(jìn)入地回路,這部分就看電流(IB)大小,如果過(guò)大就會(huì)對(duì)源信號(hào)有所影響,相當(dāng)于對(duì)源信號(hào)的一個(gè)分壓,那么我們可以利用一個(gè)電阻來(lái)計(jì)算一下它對(duì)源信號(hào)的一個(gè)影響。
IB的大小主要受制于制造工藝,好的工藝可以做到pA級(jí)別(CMOS),一般的工藝可以做到納安級(jí)別。
那么上面這幅圖呢,我們可以看到,IB是流入地的,Vos是疊加在輸入端的(可能是正或者負(fù)),正的話就是疊加在信號(hào)上,如果是負(fù)的話相當(dāng)于在你的源信號(hào)上減去Vos。
所以呢好多人提到運(yùn)放的時(shí)候都會(huì)問(wèn),運(yùn)放是否線性。實(shí)際上運(yùn)放是線性的,也就是說(shuō)減去這個(gè)Vos或者疊加這個(gè)Vos之后是線性的。通過(guò)軟件程序我們?nèi)绻馨堰@個(gè)Vos扣除掉,那么可以看到這個(gè)信號(hào)是線性變化的。那么加上Vos其實(shí)呢也是線性變化的,只不過(guò)是在時(shí)間軸上有個(gè)偏移。
上表我們可以看出,常溫下呢,是pA級(jí)別,全文溫度下呢是nA級(jí)別(偏差就比較大了)。也就是說(shuō)這個(gè)參數(shù)受制于溫度,那么我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候,源信號(hào)阻抗方面我們一定要考慮這個(gè)IB的影響,用這個(gè)IB的最大值來(lái)考慮,也就是你這個(gè)源信號(hào)輸出的帶載能力(輸出的電流)一定要能滿足IB的需要,因?yàn)镮B會(huì)分掉一部分。
1.4 、輸入失調(diào)電流( InputOffset Current **)**Ios
輸入失調(diào)電流定義為當(dāng)運(yùn)放的輸出電流電壓為零時(shí),其兩輸入端(同相端IB和反相端IB)偏置電流的差值。輸入失調(diào)電流同樣影響了運(yùn)放內(nèi)部的電路對(duì)稱性,對(duì)稱性好,輸入失調(diào)電流越小。
這個(gè)參數(shù)呢其實(shí)是IB參數(shù)的一個(gè)補(bǔ)充,那其實(shí)通常來(lái)我們也不看它,因?yàn)橥ㄟ^(guò)IB參數(shù)就可以看出來(lái)。
1.5 、共模電壓輸入范圍( InputCommno-Mode Voltage Range **)**Vcm
運(yùn)放兩輸入端與地間能加的共模電壓的范圍。也就是運(yùn)放的同相端和反相端能夠施加的電壓范圍(輸進(jìn)來(lái)的電壓范圍)。
Vcm“包括”正、負(fù)電源電壓時(shí)為理想特性。
所謂“Railto Rail Input”就是指輸入共模電壓范圍十分接近電源軌,一般可以高于負(fù)電源軌,而稍微低于正電源軌。
通常我們會(huì)聽(tīng)到軌對(duì)軌運(yùn)放,軌對(duì)軌運(yùn)放分軌對(duì)軌輸入和軌對(duì)軌輸出,所謂的軌對(duì)軌就是到電源軌。比如說(shuō)運(yùn)放5V供電,那么你的電源軌就是0和5V。如果你的運(yùn)放供電是-5V、+5V,那你的電源軌就是-5V和5V。
理想情況下呢,軌對(duì)軌運(yùn)放,它能夠包括正負(fù)電源的供電電壓,比如說(shuō)你的供電是5V那么共模電壓范圍就是0-5V之間。
那軌對(duì)軌輸入或輸出,實(shí)際測(cè)量的時(shí)候還是有個(gè)差值存在,并不是真正的等于。剛才我們看到運(yùn)放電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu),它內(nèi)部也是MOS管或者場(chǎng)管,如果是MOS管那么你的導(dǎo)通RDS肯定是有的,只要有RDS就會(huì)有壓差,這個(gè)壓差會(huì)根據(jù)運(yùn)放工藝而定,幾個(gè)毫伏到幾十個(gè)毫伏的誤差(這幾十毫伏之內(nèi)我們也就認(rèn)為是等于了)。這個(gè)誤差有些場(chǎng)合還是要關(guān)注的,比如說(shuō)我們單電源供電時(shí),有些人想讓這個(gè)運(yùn)放在輸入0的時(shí)候,輸出等于0,這是很難做到的(RDS(導(dǎo)通阻抗)在)。
如果應(yīng)用上真的需要輸入0輸出為0的話,最好使用雙電源供電。當(dāng)然現(xiàn)在也有一些運(yùn)放可以做到輸出非常小。
下面是輸出特性
輸出特性中,輸出的高電平、低電平、輸出帶載能力這里放在一起了。一般來(lái)說(shuō)運(yùn)放的帶載能力都不是特別強(qiáng),但是有些運(yùn)放會(huì)做的很大,會(huì)把驅(qū)動(dòng)能力做到幾百個(gè)毫安;那我們常見(jiàn)的運(yùn)放一般都是30毫安左右。帶載能力越大,不管是原電流還是管電流都會(huì)導(dǎo)致輸出電壓偏移很大。有些運(yùn)放會(huì)運(yùn)用輸出短路電流來(lái)表示,也就是你的輸出直接接地,這個(gè)時(shí)候輸出電流的最大電流,就是表示出來(lái)的短路電流(極限電流)。
1.6 、輸出動(dòng)態(tài)范圍特性( OutputCharacteristics )
既輸出電壓范圍,所謂“Railto Rail Output”既軌對(duì)軌輸出,輸出Voh、Vol極為接近供電軌,但無(wú)法等于供電軌,會(huì)有幾十mV的距離,也與負(fù)載有關(guān)。
1.7 、輸出電流特性( ShortCircuit Limit )
既運(yùn)放的帶載能力,一般會(huì)給出Sink、Source電流大小,也有運(yùn)放只給出短路時(shí)的極限電流。
上表是輸出特性參數(shù)值(AD855X)
高電平輸出(Ovh)直接掛100K負(fù)載,那么輸出電壓最小值,2.685V,可以看出供電電壓是2.7V的,壓降很小很小。不同的負(fù)載和溫度環(huán)境,會(huì)把這個(gè)高電平拉下來(lái)是不一樣的。
低電平輸出(Ovl)直接掛100K負(fù)載,外運(yùn)放用作比較器或者輸入0的時(shí)候,輸出的最大值有10個(gè)毫伏的差異,也就是說(shuō)不會(huì)真正輸出0,這個(gè)已經(jīng)做的不錯(cuò)了,全溫度下也是10毫伏。
Isc短路情況下的極限電流,10毫安,也是比較小的。輸出帶載能力我們只能看最小值。
Io常溫情況下10毫安,也就是源電流和灌電流就是10毫安。全溫度下是5毫安。
通過(guò)這個(gè)表我們看出,做設(shè)計(jì)時(shí)我們不能指望運(yùn)放能驅(qū)動(dòng)多強(qiáng)的負(fù)載。只能說(shuō)流進(jìn)這個(gè)運(yùn)放多強(qiáng)的電流。
下面是交流特性
1.8 、壓擺率( SlewRate **)**SR
也叫轉(zhuǎn)換速率;其定義為:運(yùn)放接成閉環(huán)條件下,將一個(gè)大信號(hào)(含階躍信號(hào))輸入到運(yùn)放的輸入端,從運(yùn)放的輸出端測(cè)運(yùn)放的輸出上升速率。
由于在轉(zhuǎn)換期間,運(yùn)放的輸入級(jí)處于開(kāi)關(guān)狀態(tài),所以運(yùn)放的反饋回路不起作用,也就是轉(zhuǎn)換率與閉環(huán)增益無(wú)關(guān)。
信號(hào)從某個(gè)狀態(tài)條變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)的時(shí)候所用的時(shí)間,也就是上升的速率是多少。
在處理交流信號(hào)或者把運(yùn)放當(dāng)比較器的時(shí)候我們會(huì)考慮這個(gè)參數(shù)。
壓擺率越大,對(duì)應(yīng)運(yùn)放的帶寬也就越高。也就是說(shuō)壓擺率與增益帶寬積是相匹配的一個(gè)參數(shù)。增益帶寬積大的(高運(yùn)放)它對(duì)應(yīng)的壓擺率也要很快的,要不然處理頻率比較高的信號(hào)反映不過(guò)來(lái)。上升有一個(gè)上升沿,下降有一個(gè)下降沿,這兩部分就會(huì)消耗掉一部分頻率時(shí)間。
1.9 、增益帶寬積( GainBandwidth Product **)**GBP
單位增益帶寬定義為,運(yùn)放的閉環(huán)增益為1倍條件下,將一個(gè)恒幅正弦小信號(hào)輸入到運(yùn)放的輸入端,從運(yùn)放的輸出端測(cè)得閉環(huán)電壓增益下降3db(或是相當(dāng)于運(yùn)放輸入信號(hào)的0.707)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率。(測(cè)試的時(shí)候輸入恒幅正弦1V1KHz的信號(hào),我們測(cè)輸出端,當(dāng)輸出端電壓值下降到0.707的時(shí)候,那么運(yùn)放輸入端的頻率就是運(yùn)放的增益帶寬積了,從1KHz逐漸增大,那么輸出端的頻率值在逐漸下降,也就是受制運(yùn)放的增益帶寬積已經(jīng)反應(yīng)不過(guò)來(lái)了,信號(hào)的輸出幅值就會(huì)逐步下降,當(dāng)下降到3db的時(shí)候(0.707時(shí)候),輸入端的頻率就是運(yùn)放增益帶寬積)
這個(gè)是我們處理交流信號(hào)非常重要的一個(gè)參數(shù),通過(guò)這個(gè)參數(shù)我們來(lái)設(shè)置信號(hào)的單級(jí)放大倍數(shù)(單級(jí)放大倍數(shù)不能太大,如果太大輸出信號(hào)幅值跟增益就不一樣了),實(shí)際上它是增益和輸入信號(hào)的頻率它們兩個(gè)是相關(guān)的,就是輸入信號(hào)的頻率乘以增益那么就受制于GBP這個(gè)參數(shù),這個(gè)乘積不能大于GBP,這個(gè)乘積實(shí)際上我們?cè)谶\(yùn)用的時(shí)候呢一定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GBP。
1.10 、開(kāi)環(huán)增益( Open-LoopVoltage Gain **)**Aol
定義為當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí),運(yùn)放輸出電壓于差模輸入電壓的比值
由于差模開(kāi)環(huán)直流電壓增益很大,大多數(shù)運(yùn)放的差模開(kāi)環(huán)直流電壓增益一般在數(shù)萬(wàn)倍或更多,用數(shù)值直接表示不方便比較,所以一般采用分貝方式記錄和比較。
理想運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益為無(wú)窮大,實(shí)際運(yùn)放一般在80dB~150dB。
這個(gè)也是處理交流信號(hào)比較重要的參數(shù)。這個(gè)參數(shù)越大越好,越大那么我們?cè)O(shè)置單級(jí)放大倍數(shù)可以大一些。
常規(guī)的運(yùn)放一般都是在80dB~150dB之間,150dB都很少見(jiàn),一般都是80dB。
增益設(shè)置在三角形區(qū)域內(nèi)是比較安全的。
1.11 、共模信號(hào)抑制比( CommonMode Rejection )
共模抑制比定義為當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí),運(yùn)放差模增益(AV)與共模增益(AVC)的比值。即在運(yùn)放兩輸入端與地間加相同信號(hào)時(shí),輸入、輸出間的增益稱為共模電壓增益AVC,則CMRR=AV/AVC
共模抑制比是一個(gè)極為重要的指標(biāo),它能夠抑制共模輸入的干擾信號(hào)。
這個(gè)參數(shù)我們希望越大越好,值越大,那么運(yùn)放抑制共模干擾就越強(qiáng)。越大越貴。
頻率越高,共模抑制比就越小。
1.12 、電源紋波抑制比( SupplyVoltage Rejection )
定義為當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí),運(yùn)放輸入失調(diào)電壓隨電源電壓的變化比值。即正、負(fù)電源電壓變化時(shí),該變化量出現(xiàn)在運(yùn)放的輸出中,并將其換算為運(yùn)放輸入的值。
若電源變化△Vs時(shí)等效輸入換算電壓為△Vin則PSRR=△Vs/△Vin
電源電壓抑制比反映了電源變化對(duì)運(yùn)放輸出的影響。
這個(gè)參數(shù)越大越好。這個(gè)值隨頻率越高,那么它的值也就越低。
1.13 、噪聲密度( NoiseDensity )
運(yùn)放本身內(nèi)部電路也固有存在的噪聲,分為電壓噪聲和電流噪聲。
通常規(guī)格書(shū)中都以nV/rtHz和pA/rtHz來(lái)表示,也就是與頻率相關(guān)的一個(gè)指標(biāo)。(頻率越低這個(gè)指標(biāo)越高,頻率越高這個(gè)指標(biāo)就越?。?/p>
參數(shù)越小,運(yùn)放自身引入到系統(tǒng)的噪聲也越小。
處理交流信號(hào),尤其處理音頻信號(hào)時(shí)非常關(guān)注的一個(gè)參數(shù)(選擇這個(gè)參數(shù)小的)。這個(gè)參數(shù)是運(yùn)放本身所固有的參數(shù)。
左邊是電壓噪聲密度,右邊是電流噪聲密度。
那么上面這寫的就是我們運(yùn)放所要關(guān)注的基本參數(shù),當(dāng)然你要看運(yùn)放規(guī)格書(shū)還有很多參數(shù),例如輸入阻抗、輸出阻抗、輸入電容等這些參數(shù)(大廠會(huì)提供,不給呢也沒(méi)什么影響)。
2 、極限參數(shù)
※ Supply Voltage(Vs)(供電最大電壓)
※ Input Voltage(共模輸入電壓)
※ Differential Input Voltage(差模輸入電壓)
※ Operating TemperatureRange(工作溫度范圍,這個(gè)溫度是環(huán)境溫度的2倍)
※ Input Current(輸入電流,很多運(yùn)放會(huì)不提供)
※ ESDSusceptibility(靜電等級(jí),人體靜電放電模式(hbm)和機(jī)器模式放電模式(mm)和芯片自身放電模式(ctm芯片內(nèi)部對(duì)外的放電模式))
這個(gè)是兩份規(guī)格說(shuō)明書(shū)中對(duì)極限參數(shù)的描述。
-
CMOS
+關(guān)注
關(guān)注
58文章
6014瀏覽量
238805 -
運(yùn)算放大器
+關(guān)注
關(guān)注
217文章
5711瀏覽量
176567 -
補(bǔ)償器
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
87瀏覽量
14542 -
失調(diào)電壓
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
198瀏覽量
14364 -
RDS
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
103瀏覽量
17222
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
運(yùn)算放大器的工作原理 運(yùn)算放大器作比較器的注意事項(xiàng)

從零開(kāi)始學(xué)運(yùn)算放大器筆記一 | 認(rèn)識(shí)運(yùn)算放大器

想學(xué)運(yùn)算放大器
運(yùn)算放大器
從0學(xué)運(yùn)放,史上最全運(yùn)放電路設(shè)計(jì)入門資料
運(yùn)算放大器學(xué)習(xí)指南(放大器的介紹+公式大全+選型技巧+常用電路)
運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)教程(電路分析+設(shè)計(jì)仿真+公式大全)
【案例分享】運(yùn)算放大器電路解析及零漂處理
放大器教程:運(yùn)算放大器基礎(chǔ)學(xué)習(xí)
運(yùn)算放大器,運(yùn)算放大器是什么意思
運(yùn)算放大器的分類與運(yùn)算放大器在使用中的注意事項(xiàng)
運(yùn)算放大器種類知多少
運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)和計(jì)算過(guò)程

評(píng)論