而对于FET输入的运放,由于其是电压控制电流器件,可以说它的栅极电流是很小很小的,一般会在fA级,但不幸的是,它的每个输入引脚都有一对ESD保护二极管。
上文说到的fA是个什么数量级?有谁知道,还是作者笔误。
理想运放的开环增益Aol是无穷大的。这是我们在模电课本上学到的运放的一条基本知识。但现实总是残酷的,残酷到所有的运放的开环增益都不是无穷大,它是一个有限值。这个有限制会引起它的一个问题。本文要讨论的另一个问题是增益带宽 积,其实更想多说的一点是增益带宽的那条曲线。
在不具负反馈情况下(开环路状况下),运算放大器的放大倍数称为开环增益,简称AOL。这句话简单的定义了运放的开环增益。实际的运放的开环增益,有高有低,并且会随温度变化,这是我们不想看到的。
先说说开环增益带来的不良影响。开环增益为有限值的坏处不只是说明运放都不是理想的。它会带来一个常被人们忽略的问题——误差。
下图是OPAl369的datasheet中给出的关于开环增益的参数,首先映入眼帘(小学作文常用词)的是开环增最典型值为134dB,最小值为114dB。这说明一点,同一型号的一大批运放,它们各自的开环增益是有一定分布的。
第二项映入眼帘的是运放的开环增益会随温度变化而变化。当然是变坏了。在整个运放的使用范围里最小值可能达到90dB.
下面我们计算一个Aol对放大电路的影响。如下图是常见的同相比例放大电路。
如果考虑进Aol,则它的电压增益为
当假设Avol为无穷大时,则上述放大电路的增益化简为
上面是模电课本中讲到的内容。但如果我们较真儿一下,计算一下 Avol的影响,当Avol为典型值134dB时,上面电路的增益为:
误差为:
这个结果还不错差,相当于20ppm的误差。
如果在宽温度范围下应用,最坏情况呢,当Avol在over temperature时为最小值90dB时,增益误差为下面的计算结果。
Oah, 麦噶敦。千分之三的误差,对于16位ADC,这相当于200 codes。真是不小的值啊。
因此对于Aol我们可以得出这样的结论,
(1) 不能轻视它,它确实影响了运放的直流误差,在以前的part中提到过。
(2) 它是随温度变化的,并且在最坏情况下,它带的误差可真不小。
(3) 低开环增益的运放不适合高精度的放大。
如bruce 的博客中写到Aol和offset是表姐妹。把有限开环增益看作是随输出电压变化而变化的失调电压,可为估计误差提供一种直观的方法。如果DC开环增益为 100dB,则其相当于1/10^(100dB/20) = 10uV/V。因此,输出摆动1伏,输入电压必须改变10uV。可把它看作是随DC输出电压变化的失调电压。输出摆动9伏,其变化为90uV。或许,这种 变化对于你的电路来说不足为道,也可能会有影响。
对于运放的增益带宽积,大家再熟悉不过了,这也是我在大学初学运放时,记忆深刻的唯数不多的几个参数之一。
还是想写篇贴子对这个参数深刨根一下,(赵大叔小品“往祖坟上刨”)。对于单极点响应,开环增益以6 dB/倍频程下降。这就是说,如果我们将频率增加一倍,增益会下降两倍。相反,如果使频率减半,则开环增益会增加一倍,结果产生所谓的增益带宽积。下表就是运放OPA376的datasheet中给出的增益带宽积典型值5.5MHz。
比这个表格中的参数更有用的是运放的开环增益曲线,如下图是OPA376的datasheet中给出的开环增益曲线.
在一些资料中也常看到运放的单位增益带宽,它是指运放增益为1时的-3dB带宽(上图把它标出来了),它与运放的增益带宽积从数值上是相等的,虽然名称 不同。下面我们往深处刨一下图中的曲线,先观察增益曲线,它在1Hz左右有一个拐点,从这个拐点之后,运放的开环增益开始以-6dB/2倍频程(或 -20dB/十倍频程)下降。正是由于这个拐点的存在,才使得运放有了增益带宽。这与理想运放中的开环增益是无穷大是不一样的。
增益带宽积的值可是有隐含条件的,就是这个值是在小信号下的带宽,这个常说的小信号是多小呢,印象中是100mVpp吧。但我们的运放常用来放大大信号,输出都在几伏左右。工程师常见的问题就是计算出来的带宽够啊,怎么在实际电路中就不够了呢,原因就在这。因此大信号带宽还要关注一个参数压摆率SR。将在以后的贴子中介绍。
小结,增益带宽积是表示小信号的增益带宽。大信号另当别论。
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