一、重點(diǎn)參數(shù)回顧
這里 并不全部列出所有的運(yùn)放內(nèi)部參數(shù) ,主要是幫助大家回顧最為 常用的七個(gè)參數(shù) ,也是后面要用來進(jìn)行運(yùn)放選型的內(nèi)容:
( 不求記住如何計(jì)算,大致上理解參數(shù)概念就可以 )失調(diào)電壓、失調(diào)電流、偏置電流、增益帶寬積、共模抑制比、失調(diào)電壓溫漂、轉(zhuǎn)換速度
這些參數(shù)都會寫在數(shù)據(jù)手冊規(guī)格頁,有些重點(diǎn)標(biāo)明的參數(shù)還會寫在數(shù)據(jù)手冊首頁。
1、失調(diào)電壓Vos
定義: 將運(yùn)放輸入端接地,理想運(yùn)放輸出為零,但實(shí)際的運(yùn)放輸出不為零。將實(shí)際運(yùn)放的輸出電壓除以增益所得到的等效輸入電壓稱為失調(diào)電壓。
影響因素: 溫度(對應(yīng)失調(diào)電壓溫漂)、電源波動(dòng)(對應(yīng)電源抑制比)
影響結(jié)果: 運(yùn)算放大器輸出結(jié)果同理論值存在偏差,并且由于受溫度和電源波動(dòng)的影響,此誤差并不是固定值。注意:Vos為直流偏置,直接疊加在輸出上,因此如果是交流信號不必過多擔(dān)心該值,但是需要考慮是否疊加后超過供電電壓導(dǎo)致信號失真。 當(dāng)圖1中輸出受到Vos影響時(shí) :
Vout=(1+R2/R1)×(Vos+Vin)
圖1:反向放大電路
2、偏置電流IB
定義: 當(dāng)運(yùn)放輸出直流電壓為零時(shí),運(yùn)放兩個(gè)輸入端流進(jìn)或者流出直流電流的平均值
影響因素: 制造工藝,雙極型工藝 (即上述的標(biāo)準(zhǔn)硅工藝)的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間; 場效應(yīng)管做輸入級 ,輸入偏置電流一般低于1nA。
影響結(jié)果: 運(yùn)算放大器輸出結(jié)果同理論值存在偏差,參照圖1,受偏置電流Ib影響得到的**偏置電壓為:**VB=R1*R2/(R1+R2)*Ib
對應(yīng) 得到的輸出為 :
Vout=R1*R2/(R1+R2)*Ib+Vin。
可以通過在同相端增加匹配電阻:
R3= R1*R2/(R1+R2),實(shí)現(xiàn)誤差消除。
3、失調(diào)電流Ios
定義: 當(dāng)運(yùn)放輸出直流電壓為零時(shí),運(yùn)放兩個(gè)輸入端流進(jìn)或者流出直流電流的差值
影響因素: 制造工藝 ,很難保證兩個(gè)輸入端口的偏置電流相等
影響結(jié)果: 同樣在運(yùn)放輸出信號引入誤差,如圖1中計(jì)算受到失調(diào)電流影響的輸出結(jié)果為:
Vout=(1+R2/R1)×(Ios*R2+Vin)
4、增益帶寬積GBP (Gain Band with Product)
定義: 在某頻率下測量的開環(huán)電壓增益與測量頻率的乘積,GBP=FH*AM如圖所示,其中頻率為fH運(yùn)放增益衰減為-3dB時(shí)帶寬,ft時(shí)為單位增益帶寬。
影響因素: 這是由于運(yùn)放內(nèi)容結(jié)電容的頻率響應(yīng)特性導(dǎo)致。
影響結(jié)果: 該參數(shù)表明在設(shè)計(jì)過程中必須考慮放大增益倍數(shù)同信號頻率之間的關(guān)系, 高頻信號增益大小受限 ,必須選用GBP參數(shù)較大的運(yùn)放。
5、共模抑制比CMRR(Common Mode Rejection Ratio)
定義: 放大器對差模信號的電壓放大倍數(shù)Aud與對共模信號的電壓放大倍數(shù)Auc之比,CMRR=Aud/Auc或者表示為
CMR=20lg│Aud/Auc│(dB)。
影響因素: 電路對稱性(失調(diào)電流等參數(shù))、線性工作范圍
影響結(jié)果: 這一參數(shù)是為了說明差分放大電路抑制共模信號及放大差模信號的能力, 抑制共模輸入的干擾信號提高信噪比 。
6、失調(diào)電壓溫漂αVOS
定義: 芯片承受溫度范圍內(nèi),輸入失調(diào)電壓的變化與溫度變化的比值
影響因素: 溫度
影響結(jié)果: 失調(diào)電壓發(fā)生變化, 導(dǎo)致運(yùn)放輸出受到影響, 如果是直流信號后面跟A/D,直接影響最后檢測結(jié)果。
7、轉(zhuǎn)換速度SR (Slew Rate)
定義: 也稱為 壓擺率 ,將一個(gè)大信號(包括階躍信號)輸入至運(yùn)放輸入端,運(yùn)算放大器輸出電壓的上升速率,單位有通常有V/s,V/ms和V/μs。 壓擺率的數(shù)學(xué)定義 :SR=2×pi×f×Vpk。
式中: f為最大頻率,一般認(rèn)為是帶寬;Vpk是放大輸出信號的最大峰峰值。
影響結(jié)果: 評價(jià)運(yùn)放對信號變化速度的適應(yīng)能力,是衡量運(yùn)放在大幅度信號作用時(shí)工作速度的參數(shù)。當(dāng)輸入信號變化斜率的絕對值小于SR時(shí), 輸出電壓才按線性規(guī)律變化 。
二、歸類選型
看完常見的運(yùn)放參數(shù),大家其實(shí)心里面已經(jīng)有一個(gè)初步的概念了,也大致知道如何確定一個(gè)運(yùn)放的特性,那么 下面幫大家對運(yùn)放的要求進(jìn)行歸類 ,同時(shí)對照上面參數(shù),幫助大家更好的去建立一個(gè)整體思維,按照順序思考?xì)w類,更加方便記憶哦:
1、輸入信號類型
問己: 交流還是直流?差分還是單端?低頻還是高頻?
判斷: 直流注意 失調(diào)電流 、失調(diào)電壓參數(shù);差分輸入判斷是否選擇 儀表放大器 ;高頻交流注意增益帶寬積GBD和 轉(zhuǎn)換速度SR ;
2、精度要求
算參: 根據(jù)精度要求,重點(diǎn)計(jì)算失調(diào)電壓、偏置電流、失調(diào)電流以及共模抑制比對精度影響,判斷是否選用高阻運(yùn)放或者是 精密運(yùn)放 。
3、環(huán)境條件
問己: 溫度極端否?溫度變化劇烈否?電源波動(dòng)嚴(yán)重否(用了DCDC或者模數(shù)分割沒做好,這些坑我都踩過)?
算參: 看看運(yùn)放 溫度量程 ;注意溫漂參數(shù)影響;注意電源紋波抑制比PSRR 參數(shù) (沒列出來,可以望文生義);
4、其他要求
1)通道數(shù): 如果是多級在確定其他指標(biāo)前提下選用多通道運(yùn)放;
2)單/雙電源: 選軌對軌信號失真小,可滿幅值輸出;
3)功率大?。?/strong> 高壓或大電流選用專用功率運(yùn)放;
三、常用運(yùn)放特點(diǎn)賞析
下面又要 加餐了 ,我在此按照 廠商的排列方式列出了五種不同類型的運(yùn)算放大器 ,并且把他們各自的特點(diǎn)明明白白的寫出來啦,大家對照自己在第二章提出的要求按圖索驥吧。
1、通用運(yùn)放
高性價(jià)比: 要求均不高的電路,或者僅對功耗、帶寬等單一條件有要求。
2、精密運(yùn)放
基操: 低失調(diào)電壓,小于1mV。
其他: 低溫漂;低噪聲;低功耗;寬帶寬。
3、高速運(yùn)放
基操: 增益帶寬積50MHz~8GHz(數(shù)據(jù)來源于TI)
其他: 低功耗、低噪聲SNR。
可選: 高輸入阻抗需求和全差分。
4、音頻運(yùn)放
基操: 總諧波失真加噪聲(THD+N,感興趣童鞋可以自行了解);超低噪聲(高保真);低功耗(高續(xù)航);小封裝(畢竟耳機(jī)用)
其他:汽車電子;通道數(shù)等等,價(jià)格較高
5、功率運(yùn)放(看負(fù)載)
基操: 高電壓;高電流;小封裝
可選: 通道數(shù);帶寬
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