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干货 | 运算放大年夜器15个常见指标_电压_增益

落叶飘零 2025-01-02 04:41:22 0

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定义:在运放开环利用时, 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。

利害范围:1µV 以下,属于极精良的。
100µV 以下的属于较好的。
最大的有几十mV。

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对策:

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(图片来自网络侵删)

1 选择 VOS远小于被测直流量的放大器,

2 过运放的调零方法肃清这个影响

3 如果你仅关心被测旗子暗记中的交变成分,你可以在输入端和输出端增加互换耦合电路,将其肃清。

如果 IB1=IB2,那么选择 R1=R2//RF,可以使电流形成的失落调电压会消逝。
但实际中IB1=IB2很难知足

失落调电压漂移(Offset Voltage Drift)

定义:当温度变革(µV/°C)、韶光持续(µV/MO)、供电电压(µV/V)等自变量变革时, 输入失落调电压会发生变革。

后果:很严重。
由于它不能被调零端调零,即便调零完成,它还会带来新的失落调。

对策:第一, 便是选择高稳定性,也便是上述漂移系数较小的运放。
第二,有些运放具有自归零技能,它能不断地丈量失落调并在处理旗子暗记过程中把当前失落调电压减掉。

输入偏置电流(Input bias current, IB)

定义:当输出坚持在规定的电平时,两个输入端流进电流的均匀值。
Ib=(Ib1+Ib2)/2

利害范围:60fA~100µA。

后果:第一,当用放大器接成跨阻放大丈量外部眇小电流时,过大的输入偏置电流会分掉被测电流,使丈量失落准。
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,最紧张的方法是选择 IB较小的放大器。

输入失落调电流(Input offset current, IOS)

定义:当输出坚持在规定的电平时,两个输入端流进电流的差值。

利害范围:20fA~100µA。
Ib=Ib1-Ib2

后果:失落调电流的存在,解释两个输入端客不雅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低落;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??

如何打算电阻的噪声??

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:担保运算放大器正常事情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靠近时,比如相差 0.1V 乃至相等、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,都将引起运放的失落效。
把稳,超出此范围并不代表运放会被烧毁,但绝对参数中涌现的此值是武断不能超过的。

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形下,输出能够达到的最大电压范围。
当运放的输出范围已经靠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形下,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,但一样平常情形下数量级相同;

2) 至轨电压与负载密切干系,负载越重(阻抗小) 至轨电压越大;

3) 至轨电压与旗子暗记频率干系,频率越高,至轨电压越大,乃至会溘然大幅度低落;

4) 至轨电压在 20mV 以内,属于非常精良。

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)

利害范围:一样平常运放都有 60dB 以上的 CMRR,高等的可达 140dB 以上。
运算放大器在单端输入利用时,不存在这个观点。
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,此指标才会发挥浸染。

影响成分:一是运放本身的共模抑制比,二是对称电路中各个电阻的同等性。

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。

利害范围:一样平常在 60dB~160dB 之间。
越大的,解释其放大能力越强。

理解:开环电压增益是指放大器在闭环事情时,实际输出除以运放正负输入端之间的压差,类似于运放开环事情——实在运放是不能开环事情的。
AVO 随频率升高而降落

压摆率(Slew rate, SR)

定义:闭环放大器输出电压变革的最快速率。
用 V/μs 表示。

利害范围:从 2mV/μs 到 9000V/μs 不等。

理解:此值显示运放正常事情时,输出端所能供应的最大变革速率,当输出旗子暗记欲实现比这个速率还快的变革时,运放就不能供应了,导致输出波形变形——原来是正弦波就变成了三角波。

带宽指标

与带宽干系的指标紧张有四项:

单位增益带宽(Unity Gain-bandwidth, UGBW)

定义:运放开环增益/频率图中,开环增益低落到 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:运放闭环利用时,某个指定闭环增益(一样平常为 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(一样平常为 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,不断增大输入旗子暗记频率,直到输出涌现因压摆率限定产生的失落真(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干系。

全谐波失落真(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,在频域中仅涌如今指定频点。
放大器的失落真度指标,有时也用 HD2、 HD3 表征。

放大器的失落真度指标,与很多成分干系,最为显著的有五个:第一是输入旗子暗记频率,第二是输出旗子暗记幅度,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。

建立韶光(Settling Time)

定义:运放接成指定增益(一样平常为 1),从输入阶跃旗子暗记开始,到输出完备进入指定偏差范围所须要的韶光。

利害范围:几个 ns 到几个 ms。

一样平常来说, SR 越大的,建立韶光更小。

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-不一定即是PSRR+),其次,随着电源电压变革频率的提升,运放对这个变革的抵抗能力会低落。
一样平常情形下,电源变革频率靠近其带宽时,运放会失落去对电源变革的抵抗——即单位增益情形下电源变革多少,输出就变革多少。
因此电源旁常须要加旁路电容。

热阻(Thermal resistance, θJA)

定义:是导热体阻挡热量散失落程度的描述。
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)(一样平常为空气)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,解释散热越困难,其温差也就越大。

空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,失落调电压,失落调电流均为0

两个主要特性:

虚短:正负输入端电压相等

虚短:正负输入端电流为0

末了说说这些动画的不敷之处吧:

1.喇叭口一样的三极管并不是我的独创,这个链接也有,但水箱的比喻随意马虎让人产生一种误解,认为IC最大,实在IE才是最大的电流。

2.动画里完备忽略了电子的热运动速率,那个速率远大于电压浸染下电子的漂移速率。

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表示出能级、能带、费米分布等内容。

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