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关于模拟运放使用中常见指标的说明

助工
2014-08-06 21:46:58    评分
增益带宽积GBP:器件的增益和规定带宽的乘积,是评价放大器性能的一项指标,通常这个乘积是一定值。GBP表征小信号放大信号的带宽问题,如:一个放大器的GBP为10M,如果它的增益为2V/V,则带宽=10M÷2=5M,如果增益为5V/V,则带宽=10M÷5=2M。通常运放制造厂商用增益为1V/V,输出电压为small signal条件下的带宽来定义运放的GBP。

压摆率SR:指单位时间(通常为微秒)器件输出电压值的可变范围。其也称为转换速率,单位通常有V/S,V/mS和V/uS三种,反映的是运放在速度方面的指标。以正弦信号为例,在零位处有最大变化率,为2πfVp,要想运放无失真的重现此信号,放大器必须能够以此速率(或更快的速率)响应输出电压,否则就会出现信号失真。因此可以看出不会发生压摆限制的最大信号频率与信号的变化率成正比。作为参考,峰值输出摆幅为1V的运放要重现1MHz的正弦波信号,则必须具有6.28V/uS的最低SR。SR决定了运放的高速性能,隐含的含义为大信号放大时的带宽问题。

此外,要注意,SR高的运放,亦即工作电流也大,功耗也高。

 

开环增益:在不具反馈网络情况下,运放的放大倍数称为开环增益,简称AVOL。理想值为无限大,一般取值在数千至数万倍之间,通常几千以下的开环增益运放不适合高精度应用。电压反馈运放采用电压输入/电压输出方式工作,其开环增益为无量纲比,其表示法有使用dB或V/mV等形式。其中 。精密放大器的直流开环增益必须很高。

开环增益不稳定,会因为输出电平和输出负载的变化而出现变化。选择高AVOL的运放可以将增益非线性误差的发生概率降至最低。

 

输入失调电压Vos:理想状态下,运放的两个输入电压完全相同,输出应为0V,实际上输出并不为零,还必须在输入端施加小差分电压,强制输出达到零。该电压称为输入失调电压Vos。其表征的是运放的直流特性,通常“精密”运放的Vos一般小于0.5mV,而高速运放的这一特性略差。失调电压会随着温度变化而变化,即所谓的温漂(或漂移)。当然,失调电压也会随着时间变化,通常称为老化。失调电压可以采用一定的方法进行调整,如有些单运放芯片本身就有失调电压调整引脚等。

 

输入偏置电流IB:理想情况下,并无电流进入运放的输入端,而实际操作中,始终存在两个输入偏置电流,IB+和IB-。IB的值大小不一,低的几十fA,pA,而在某些高速运放中可达数十微安。偏置电流通常是个问题,因为当其流过外部阻抗时会产生电压,进而导致系统误差增加。以1MΩ的源阻抗驱动同相单位增益缓冲器为例,如果IB 为10nA,则会额外引入10mV的误差,这种误差在任何系统中是不容忽略的。因此,任何运放电路中都不能忽略IB的影响,仪表运放电路中亦是如此。

输入失调电流Io:Io是IB+和IB-之差。要注意两个偏置电流受限必须基本上具有相当良好的匹配性,Io才有意义。多数电压反馈型运放大多如此,但是针对电流反馈型运放,Io没有意义,因为这两个电流完全不匹配。

通常,上述连个电流会跟系统误差和系统噪声有关,一般要求上述连个电流值越小越好,但是实际中要视芯片而定。

运放的输出失调电压一般可由Vo和IB引起的失调误差计算得到,可将所有失调电压和由偏置电流误差导致的失调电压折合到运放的输入端(RTI)或输出端(RTO)。

 

运放输入阻抗:VFB运放通常具有差模和共模两种指定的输入阻抗。CFB运放通常在每个输入端将阻抗接地。共模输入阻抗数据手册中的规格参数(CM)是从任一输入至地(不是从两者至地)的阻抗。差分输入阻抗(Diff)是指两个输入之间的阻抗。这些阻抗通常是电阻性的,且阻值较高(105至1012),还有一些并联电容(通常为pF)。高输入阻抗能够减小电路连接时信号的变化,因而也是最理想的。

 

输出阻抗:输出阻抗的大小决定了运放带负载能力。

 

输入电压范围:通常包含共模电压范围和共模抑制比CMRR。实际运放的容许输入和输出电压范围,有一些实际的基本问题需要考虑。除了会受到电源电压变化,还会受到器件本身的轨至轨特性的影响。在实际操作中,实际运放的输入共模范围通常规定为电压范围,不必以正负电源轨为参考。例如:典型的±15V工作双电源运放额定工作范围±13V。

CMRR:运放对差模信号的放大倍数和对共模信号的放大倍数之比,称为共模抑制比。差模信号电压放大倍数越大,共模信号电压放大倍数越小,则CMRR越大,此时抑制共模信号的能力越强,放大器的性能越优良。当差动放大电路完全对称时,共模信号的放大倍数趋于零,则CMRR为∞,当然这是最理想的情况。

输出电压范围:运放的输出动态范围与两个供电轨有关,当然还跟芯片本身特性有关。通常用正供电轨和负供电轨表示。

 

电源抑制比PSRR:如果运放的电源发生变化,输出不应变化,但实际上通常会发生变化。如果X V的电源电压变化产生Y V的输出电压变化,则该电源的PSRR(折合到输出端)为X/Y。与其他的是衡量一样,参数规范中定义的电源抑制比是针对运放输入而言的。运放的电源线上的噪声也会对输出信号造成影响,因此必须适当地抑制这种噪声(可以理解为纹波噪声),而PSRR就是测量运放抑制这种噪声的能力。在现有的大多数应用中,PSRR与CMRR一样,一般要求其值越大越好。

 

电源和功耗:运放由于没有接地端,电源电压规格通常采用±X V的形式表示,但实际上也可表示为2X V。通常数据手册会建议运放在一定电源电压范围内工作,还会列出几个电源值时的参数,以便于用户进行推算。此外,数据手册还会提供功耗,任何流入某一电源引脚的电流都会从另一个引脚或输出端流出。而静态电流Iq通常就是计算功耗的指标。 


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