在很多课本中接触的基本都是理想运算放大器,即:
(1)开环电压放大倍数Auo为无限大。(2)输入电阻Ri为无限大。(3)输出电阻Ro为零。对于考试,掌握以下两个公式就基本够了~
事实上,理想运发是不存在的,在使用运放时要了解一些参数:
1.输入失调电压(Vio):输入失调电压(Input off set Voltage),简称Vio,其定义是为使运算放大器输出端为0V(或接近0V)所需加于两输入端间之补偿电压。理想之运算放大器其Vio为0V,一般为毫伏级,此参数越小越好。在微小信号测量中输入失调电压很重要。
2.输入偏置电流(le):偏置电流(bias current)是运放的主要误差之一,即第一级放大器输入晶体管的基极直流电流的平均值。此参数越小越好。在进行高精度或小信号采样时,可以选用低失调电流运放。3.最大输出电压(Vom):对于实际运算放大器,若振幅变大,则输出信号接近正、负电源电压进入饱和状态,出现失真。在出现失真之前的最大电压称为最大输出电压。一般运放输出电压都会低于电源电压1V左右,“轨到轨”输出运放可实现输出电压接近电源电压。
4.共模输入电压范围(Vcl):运放共模输入范围是运放输入电压的一个区间,它表征的是运放能够线性工作的区间,即输入电压共模值在这个区间内,当输入电压发生变化时,输出电压能够线性的发生变化。
5.共模抑制比(CMRR):差模电压增益Avo与共模电压增益Avc之比称为共模抑制比。可以表示为CMRR=201g(Avo/Avc)dB。此值越大越好,但是会随着信号的频率升高而下降,一般都大于80dB。
6.压摆率(SR):若输入信号变化块,则输出跟不上输入的变化速度。SR是表示这种跟踪性能的参数。该值越大越好,但是该值高的运算放大器其他性能较差。压摆率计算出的带宽同带宽增益积的关系:带宽增益积反应小信号放大信号的带宽问题,压摆率反应大信号放大信号的问题,一般大信号的带宽都要小于带宽增益积的值。在设计大信号放大电路时一定要考虑器件的压摆率。
7.增益带宽乘积(GB):表示电压增益一频率特性的参数,单位为MHz。GB=Af。假设运算放大器的增益带宽积为1 MHz,它意味着当频率为1 Mhz时,器件的增益下降到单位增益。即此时A=1。同时说明这个放大器最高可以以1 MHz的频率工作而不至于使输入信号失真。由于增益与频率的乘积是确定的,因此当同一器件需要得到10倍增益时,它最高只能够以100 kHz的频率工作。8.电源电压抑制比(PSRR):运放失调电压随电源的变化率称为电源电压抑制比,若电源变化△Vs时失调电压变化量为△Vio,PSRR=20lg(△Vs/AVo)dB。此值越大越好,较小时输出中出现电源噪声。比如某款运放PSRR达到160dB,根据公式,即使电源电压在4.5V-5.5V区间内发生变化,电源对运放输出的影响只有10nV。这个指标是指电源电压的直流变化,而不包括电源电压交流的变化(如纹波),在交流情况下,这个指标会发生非常大的恶化。如果运放电路使用了开关电源,又没有把去耦、滤波做得很好的话,后级输入精度会受到极大的影响。对于500kHz开关频率的纹波,PSRR+恶化到只有50dB,假设纹波大小为100mV,那么对于后级的影响恶化会达到0.3mV。对于很多小信号采集的应用来说,这个误差是不可接受的。因此,有些应用场景甚至会在运放电源入口做一个低通滤波(注意电阻功耗和电阻热噪声)。