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金沙168彩金 - 干货 | 运算放大器15个常见指标

发布时间:2020-01-10 16:55:37

金沙168彩金 - 干货 | 运算放大器15个常见指标

金沙168彩金,输入失调电压(offset voltage,vos)

定义:在运放开环使用时, 加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为 0。

优劣范围:1µv 以下,属于极优秀的。100µv 以下的属于较好的。最大的有几十mv。

对策:

1 选择 vos远小于被测直流量的放大器,

2 过运放的调零措施消除这个影响

3 如果你仅关心被测信号中的交变成分,你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路,将其消除。

如果 ib1=ib2,那么选择 r1=r2//rf,可以使电流形成的失调电压会消失。但实际中ib1=ib2很难满足

失调电压漂移(offset voltage drift)

定义:当温度变化(µv/°c)、时间持续(µv/mo)、供电电压(µv/v)等自变量变化时, 输入失调电压会发生变化。

后果:很严重。因为它不能被调零端调零,即便调零完成,它还会带来新的失调。

对策:第一, 就是选择高稳定性,也就是上述漂移系数较小的运放。第二,有些运放具有自归零技术,它能不断地测量失调并在处理信号过程中把当前失调电压减掉。

输入偏置电流(input bias current, ib)

定义:当输出维持在规定的电平时,两个输入端流进电流的平均值。ib=(ib1+ib2)/2

优劣范围:60fa~100µa。

后果:第一,当用放大器接成跨阻放大测量外部微小电流时,过大的输入偏置电流会分掉被测电流,使测量失准。第二,当放大器输入端通过一个电阻接地时,这个电流将在电阻上产生不期望的输入电压。

对策:为避免输入偏置电流对放大电路的影响,最主要的措施是选择 ib较小的放大器。

输入失调电流(input offset current, ios)

定义:当输出维持在规定的电平时,两个输入端流进电流的差值。

优劣范围:20fa~100µa。ib=ib1-ib2

后果:失调电流的存在,说明两个输入端客观存在的电流有差异,无法用外部电阻实现匹配抵消偏置电流的影响。

噪声指标(noise)

运放常见的噪声根源有两类,一类为 1/f 噪声,其电能力密度曲线随着频率的上升而下降;一类为白噪声,或者叫平坦噪声,其电能力密度曲线是一条直线,与频率无关。

如何根据datasheet估算运放的噪声??

如何计算电阻的噪声??

噪声的有效值和峰峰值关系:噪声峰峰值为噪声有效值的 6.6 倍。

输入电压范围(input voltage range)

定义:保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。也称为共模输入电压范围。当运放最大输入电压范围与电源范围比较接近时,比如相差 0.1v 甚至相等、超过,都可以叫“输入轨至轨”,表示为 rail-to-rail input,或 rri。

理解:运放的两个输入端,任何一个的输入电压超过此范围,都将引起运放的失效。注意,超出此范围并不代表运放会被烧毁,但绝对参数中出现的此值是坚决不能超过的。

输出电压范围(voh/vol 或者 swing from rail)

定义:在给定电源电压和负载情况下,输出能够达到的最大电压范围。当运放的输出范围已经接近于电源电压范围时,就自称“输出轨至轨”,表示为 rail-to-rail output,或 rro。

理解:在没有额外的储能元件情况下,运放的输出电压不可能超过电源电压范围,随着负载的加重,输出最大值与电源电压的差异会越大。

输出电压范围,或者输出至轨电压有如下特点:

1) 正至轨电压与负至轨电压的绝对值可能不一致,但一般情况下数量级相同;

2) 至轨电压与负载密切相关,负载越重(阻抗小) 至轨电压越大;

3) 至轨电压与信号频率相关,频率越高,至轨电压越大,甚至会突然大幅度下降;

4) 至轨电压在 20mv 以内,属于非常优秀。

5) rrio(输入输出均轨至轨)

共模抑制比(common-mode rejection ratio, cmrr)

定义:差模电压增益与共模电压增益的比值,用 db 表示。cmrr = 20 log (ad/ac)

优劣范围:一般运放都有 60db 以上的 cmrr,高级的可达 140db 以上。运算放大器在单端输入使用时,不存在这个概念。只有把运放接成类似于减法器形式,使得运放电路具备两个可变的输入端时,此指标才会发挥作用。

影响因素:一是运放本身的共模抑制比,二是对称电路中各个电阻的一致性。

开环电压增益(open-loop gain, avo)

定义:运放本身具备的输出电压与两个输入端差压的比值,用 db 表示。

优劣范围:一般在 60db~160db 之间。越大的,说明其放大能力越强。

理解:开环电压增益是指放大器在闭环工作时,实际输出除以运放正负输入端之间的压差,类似于运放开环工作——其实运放是不能开环工作的。avo 随频率升高而降低

压摆率(slew rate, sr)

定义:闭环放大器输出电压变化的最快速率。用 v/μs 表示。

优劣范围:从 2mv/μs 到 9000v/μs 不等。

理解:此值显示运放正常工作时,输出端所能提供的最大变化速率,当输出信号欲实现比这个速率还快的变化时,运放就不能提供了,导致输出波形变形——原本是正弦波就变成了三角波。

带宽指标

与带宽相关的指标主要有四项:

单位增益带宽(unity gain-bandwidth, ugbw)

定义:运放开环增益/频率图中,开环增益下降到 1 时的频率。

增益带宽积(gain bandwidth product, gbp 或者 gbw)

定义:运放开环增益/频率图中,指定频率处,开环增益与该指定频率的乘积。

-3db 带宽

定义:运放闭环使用时,某个指定闭环增益(一般为 1 或者 2、 10 等)下,增益变为低频增益的 0.707 倍时的频率。

满功率带宽(full power bandwidth)

定义:将运放接成指定增益闭环电路(一般为 1 倍),连接指定负载,输入加载正弦波,输出为指标规定的最大输出幅度,此状态下,不断增大输入信号频率,直到输出出现因压摆率限制产生的失真(变形)为止,此频率即为满功率带宽。满功率带宽与器件压摆率密切相关。

全谐波失真(total harmonic distortion-thd thd)

衡量一个时域波形与标准正弦波的差异程度的量。也被用于衡量一个放大器的保真程度。谐波是有规律的,在频域中仅出现在指定频点。放大器的失真度指标,有时也用 hd2、 hd3 表征。

放大器的失真度指标,与很多因素相关,最为显著的有五个:第一是输入信号频率,第二是输出信号幅度,第三是放大电路闭环增益,第四是输出带载大小,第五是供电电压。

建立时间(settling time)

定义:运放接成指定增益(一般为 1),从输入阶跃信号开始,到输出完全进入指定误差范围所需要的时间。

优劣范围:几个 ns 到几个 ms。

一般来说, sr 越大的,建立时间更小。

电源电压抑制比(psrr-power supply rejection ratio)

理解:电源电压抑制比,其含义是运放对电源上纹波或者噪声的抵抗能力。首先,正负电源具有不一定相同的 psrr(psrr-不一定等于psrr+),其次,随着电源电压变化频率的提升,运放对这个变化的抵抗能力会下降。一般情况下,电源变化频率接近其带宽时,运放会失去对电源变化的抵抗——即单位增益情况下电源变化多少,输出就变化多少。因此电源旁常需要加旁路电容。

热阻(thermal resistance, θja)

定义:是导热体阻止热量散失程度的描述。有以下常用的两种:

θja,是指芯片热源结(junction)与芯片周围环境(ambient)(一般为空气)的热阻。

θjc,是指芯片热源结(junction)与芯片管壳(case)的热阻。

理解:对芯片来说,导热路径的两端分别为自身发热体与环境空气。热阻 θja 越大,说明散热越困难,其温差也就越大。

理想运算放大器的特点:

输入阻抗为∞,开环放大倍数为∞,共模抑制比为∞,带宽为∞,压摆率为∞

输出阻抗为无穷小,差模输入电压为0,输入电流为0,失调电压,失调电流均为0

两个重要特性:

虚短:正负输入端电压相等

虚短:正负输入端电流为0

最后说说这些动画的不足之处吧:

1.喇叭口一样的三极管并不是我的独创,这个链接也有,但水箱的比喻容易让人产生一种误解,认为ic最大,其实ie才是最大的电流。

2.动画里完全忽略了电子的热运动速度,那个速度远大于电压作用下电子的漂移速度。

3.在张骥博主的建议下买了本郝跃的微电子概论,才意识到我的动画里并没有体现出能级、能带、费米分布等内容。



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