運(yùn)放參數(shù)及指標(biāo)定義詳解

1、運(yùn)放主要指標(biāo)及定義: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。單位增益帶寬是一個(gè)很重要的指標(biāo),對(duì)于正弦小信號(hào)放大時(shí),單位增益帶寬等于輸入信號(hào)頻率與該頻率下的最大增益的乘積,換句話說(shuō),就是當(dāng)知道要處理的信號(hào)頻率和信號(hào)需要的增益后,可以計(jì)算出單位增益帶寬,用以選擇合適的運(yùn)放。這用于小信號(hào)處理中運(yùn)放選型。 例:某個(gè)運(yùn)放的增益帶寬=1MHz,若實(shí)際閉環(huán)增益=100,則理論處理小信號(hào)的最大頻率=1MHz/100=10KHz。轉(zhuǎn)換速率(也稱為壓擺率SR:運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率定

2、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)得運(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)由于一個(gè)大信號(hào)(含階躍信號(hào)接輸入端,運(yùn)放輸入級(jí)電路迅速?gòu)慕刂範(fàn)顟B(tài)變成飽和狀態(tài),處在放大狀態(tài)的時(shí)間幾乎忽略不計(jì),簡(jiǎn)稱處于“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)換速率與閉環(huán)增益無(wú)關(guān)。轉(zhuǎn)換速率對(duì)于大信號(hào)處 理是一個(gè)很重要的指標(biāo),對(duì)于一般運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率SR10V/s。目前的高速運(yùn)放最高轉(zhuǎn)換速率SR 達(dá)到6000V/s。這用于大信號(hào)處理中運(yùn)放選型。全功率帶寬BW:全功率帶寬定義為,在額定的負(fù)載時(shí),運(yùn)放的閉環(huán)增益為1倍條件下,將一個(gè)恒幅正弦大信號(hào)輸

3、入到運(yùn)放的輸入端,使運(yùn)放輸出幅度達(dá)到最大(允許一定失真的信號(hào)頻率。這個(gè)頻率受到運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率的限制。近似地,全功率帶寬=轉(zhuǎn)換速率/2Vop(Vop是運(yùn)放的峰值輸出幅度。全功率帶寬是一個(gè)很重要的指標(biāo),用于大信號(hào)處理中運(yùn)放選型。建立時(shí)間:在額定的負(fù)載時(shí),運(yùn)放的閉環(huán)增益為1倍條件下,將一個(gè)階躍大信號(hào)輸入到運(yùn)放的輸入端,使運(yùn)放輸出由0增加到某一給定值的所需要的時(shí)間。由于是階躍大信號(hào)輸入,輸出信號(hào)達(dá)到給定值后會(huì)出現(xiàn)一定抖動(dòng),這個(gè)抖動(dòng)時(shí)間稱為穩(wěn)定時(shí)間。穩(wěn)定時(shí)間+上升時(shí)間=建立時(shí)間。對(duì)于不同的輸出精度,穩(wěn)定時(shí)間有較大差別,精度越高,穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)。建立時(shí)間是一個(gè)很重要的指標(biāo),用于大信號(hào)處理中運(yùn)放選型。等效輸入噪

4、聲電壓:等效輸入噪聲電壓定義為,屏蔽良好、無(wú)信號(hào)輸入的的運(yùn)放,在其輸出端產(chǎn)生的任何交流無(wú)規(guī)則的干擾電壓。這個(gè)噪聲電壓折算到運(yùn)放輸入端時(shí),就稱為運(yùn)放輸入噪聲電壓(有時(shí)也用噪聲電流表示。對(duì)于寬帶噪聲,普通運(yùn)放的輸入噪聲電壓有效值約1020V。差模輸入阻抗(也稱為輸入阻抗:差模輸入差模輸入是指正負(fù)輸入端之間的電壓差,共模輸入是指正負(fù)輸入端分別對(duì)地電壓。阻抗定義為,運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí),兩輸入端的電壓變化量與對(duì)應(yīng)的輸入端電流變化量的比值。差模輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容,在低頻時(shí)僅指輸入電阻。一般產(chǎn)品也僅僅給出輸入電阻。采用雙極型晶體管做輸入級(jí)的運(yùn)放的輸入電阻不大于10兆歐;場(chǎng)效應(yīng)管做輸入級(jí)的運(yùn)放的輸

5、入電阻一般大于109歐。輸出阻抗:輸出阻抗定義為,運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)負(fù)反饋才能工作在線性范圍,輸出不飽和就是在線性范圍。積分電路在線性范圍,而矩形波電路(正反饋輸出不是正飽和就是負(fù)飽和,一定是非線性的。在開(kāi)環(huán)的情況下,放大器放大倍數(shù)很大,很容易超范圍,所以一般接負(fù)反饋降低放大倍數(shù),以增大線性區(qū)。,在運(yùn)放的輸出端加信號(hào)電壓,這個(gè)電壓變化量與對(duì)應(yīng)的電流變化量的比值。在低頻時(shí)僅指運(yùn)放的輸出電阻。這個(gè)參數(shù)在開(kāi)環(huán)測(cè)試。輸入失調(diào)電壓VIO(input offset voltage:(集成運(yùn)放輸出端電壓為零時(shí),兩個(gè)輸入端之間所加的補(bǔ)償電壓。輸入電壓為零時(shí),將輸出電壓除以電壓增益,再加上負(fù)號(hào),即為折算到輸入端

6、的失調(diào)電壓。亦即使輸出電壓為零時(shí)在輸入端所加的補(bǔ)償電壓。VIO是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性或者反映了輸入級(jí)差分對(duì)管的失配程度,一般Vos約為(110mV,高質(zhì)量運(yùn)放Vos在1mV以下。輸入失調(diào)電壓溫漂:在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi),輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。這個(gè)參數(shù)實(shí)際是輸入失調(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漂移大小。一般情況下約為(1030 uV/攝氏度,高質(zhì)量的可做0.5uV/C(攝氏度。輸入失調(diào)電流IIO(input offset current:(當(dāng)運(yùn)放的輸出直流電壓為零時(shí),其兩輸入端偏置電流的差值。在零輸入時(shí),差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之

7、差,II0=|IB1-IB2|。用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。通常, Ios為(0.55nA,高質(zhì)量的可低于1nA。輸入失調(diào)電流溫漂:在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi),輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。它是指II0在規(guī)定工作范圍內(nèi)的溫度系數(shù),也是衡量運(yùn)放受溫度影響的重要指標(biāo),通常約為(150nA/C,高質(zhì)量的約為幾個(gè)pA/C。開(kāi)環(huán)差模電壓增益 (open loop voltage gain:運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí),運(yùn)放輸出電壓與差模電壓輸入電壓的比例。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,故一般采用分貝方式記錄和比較。一般運(yùn)放的差模開(kāi)環(huán)直流電壓增益

8、在80120dB之間。共模抑制比(common mode rejection ratio:是指差分放大器對(duì)同時(shí)加到兩個(gè)輸入端上的共模信號(hào)的抑制能力。更確切的說(shuō)是,產(chǎn)生特定輸出所需輸入的共模電壓與產(chǎn)生同樣輸出所需輸入的差分電壓的比值,常用分貝數(shù)來(lái)表示。KCMR=20lg(Avd/Avc(dB它是衡量輸入級(jí)差放對(duì)稱程度及表征集成運(yùn)放抑制共模干擾信號(hào)能力的參數(shù)。其值越大越好。通常KCMR約為(70100分貝,高質(zhì)量的可達(dá)160分貝。共模抑制比計(jì)算: 從公式可以看出,CMRR 與放大器的增益和頻率無(wú)關(guān)。如果R3=R4,R2= R1,共模抑制比會(huì)無(wú)窮大。差模放大倍率為1的情況為R3=R4=R2= R1在

9、實(shí)際電路設(shè)計(jì)中,可以使用高精度萬(wàn)用表測(cè)出低漂移的電阻,使得R1=R2, R3=R4,這樣,可以是運(yùn)放的共模抑制比大幅度提升。輸出峰-峰值電壓:當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí),在指定的負(fù)載下,運(yùn)放在當(dāng)前大電源電壓供電時(shí),運(yùn)放能夠輸出的最大電壓幅度。除低壓運(yùn)放外,一般運(yùn)放的輸出輸出峰-峰值電壓大于10V。一般運(yùn)放的輸出峰-峰值電壓不能達(dá)到電源電壓,這是由于輸出級(jí)設(shè)計(jì)造成的,現(xiàn)代部分低壓運(yùn)放的輸出級(jí)做了特殊處理,使得在10K負(fù)載時(shí),輸出峰-峰值電壓接近到電源電壓的50mV以內(nèi),所以稱為滿幅輸出運(yùn)放,又稱為軌到軌(raid-to-raid運(yùn)放。注意的是,運(yùn)放的輸出峰-峰值電壓與負(fù)載有關(guān),負(fù)載不同,輸出峰-峰值電

10、壓也不同;運(yùn)放的正負(fù)輸出電壓擺幅不一定相同。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用,輸出峰- 峰值電壓越接近電源電壓越好,這樣可以簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)在的滿幅輸出運(yùn)放只能工作在低壓,而且成本較高。運(yùn)放閉環(huán)增益:一般放大器的分析都是基于交流反饋進(jìn)行,這是方便分析電路的穩(wěn)定和噪聲的影響。通常將具體的交流負(fù)反饋放大電路用方塊圖表示。這是因?yàn)闊o(wú)論哪種交流負(fù)反饋放大電路,它們都是由放大通路和反饋通路兩部分組成,如圖 2 . 6 所示: (3當(dāng)1 + A(sF(s A(s。說(shuō)明在這種情況下,形式上的負(fù)反饋已經(jīng)轉(zhuǎn)化為實(shí)質(zhì)上的正反饋,正反饋使增益變大。(4當(dāng) 1 + A(sF(s=0 時(shí),則 Af(s為無(wú)窮大。這說(shuō)明在沒(méi)有外加輸入信號(hào)

11、時(shí),也會(huì)有輸出信號(hào)。這種現(xiàn)象稱為反饋放大電路的自激振蕩現(xiàn)象。對(duì)于放大電路而言,自激振蕩破壞了正常的放大工作狀態(tài),因此,反饋放大電路必須避免出現(xiàn)自激振蕩。通常, 1+A(sF(s稱為負(fù)反饋放大電路的反饋深度。一般情況下,放大器處于深度負(fù)反饋。此時(shí),放大電路的閉環(huán)增益為 l/F(s。但在實(shí)際中,很少去算l/F(s的,而是根據(jù)深度負(fù)反饋的“虛短”、“虛斷”的概念進(jìn)行計(jì)算。 放大器穩(wěn)定性的分析,都是基于式2.1的。一般是應(yīng)用放大器的頻率響應(yīng),借助波特圖進(jìn)行分析的。放大器對(duì)不同頻率的正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱為頻率響應(yīng)。放大器的頻率響應(yīng)可直接由放大器的放大倍數(shù)對(duì)頻率的關(guān)系來(lái)描述,即。w）|曲線的拐點(diǎn)再往高頻移動(dòng)一些時(shí)，fc 之前或 fc 對(duì)應(yīng)的相角就有可能達(dá)到-180 。 ，從 而使電路處