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运算放大器常见指标及重要特性分析

发布时间:2019-08-14 责任编辑:xueqi

【导读】运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。以下将为大家讲解运算放大器常见指标及重要特性分析。
 
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)
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