運放參數及指標定義詳解

1、運放主要指標及定義:單位增益帶寬定義為:運放的閉環(huán)增益為1倍條件下,將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得閉環(huán)電壓增益下降3db(或是相當于運放輸入信號的0.707所對應的信號頻率。單位增益帶寬是一個很重要的指標,對于正弦小信號放大時,單位增益帶寬等于輸入信號頻率與該頻率下的最大增益的乘積,換句話說,就是當知道要處理的信號頻率和信號需要的增益后,可以計算出單位增益帶寬,用以選擇合適的運放。這用于小信號處理中運放選型。 例:某個運放的增益帶寬=1MHz,若實際閉環(huán)增益=100,則理論處理小信號的最大頻率=1MHz/100=10KHz。轉換速率(也稱為壓擺率SR:運放轉換速率定

2、義為,運放接成閉環(huán)條件下,將一個大信號(含階躍信號輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端 測得運放的輸出上升速率。由于在轉換期間,運放的輸入級處于開關狀態(tài)由于一個大信號(含階躍信號接輸入端,運放輸入級電路迅速從截止狀態(tài)變成飽和狀態(tài),處在放大狀態(tài)的時間幾乎忽略不計,簡稱處于“開關狀態(tài)”,所以運放的反饋回路不起作用,也就是轉換速率與閉環(huán)增益無關。轉換速率對于大信號處 理是一個很重要的指標,對于一般運放轉換速率SR10V/s。目前的高速運放最高轉換速率SR 達到6000V/s。這用于大信號處理中運放選型。全功率帶寬BW:全功率帶寬定義為,在額定的負載時,運放的閉環(huán)增益為1倍條件下,將一個恒幅正弦大信號輸

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

4、聲電壓:等效輸入噪聲電壓定義為,屏蔽良好、無信號輸入的的運放,在其輸出端產生的任何交流無規(guī)則的干擾電壓。這個噪聲電壓折算到運放輸入端時,就稱為運放輸入噪聲電壓(有時也用噪聲電流表示。對于寬帶噪聲,普通運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輸入端之間的電壓差,共模輸入是指正負輸入端分別對地電壓。阻抗定義為,運放工作在線性區(qū)時,兩輸入端的電壓變化量與對應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,在低頻時僅指輸入電阻。一般產品也僅僅給出輸入電阻。采用雙極型晶體管做輸入級的運放的輸入電阻不大于10兆歐;場效應管做輸入級的運放的輸

5、入電阻一般大于109歐。輸出阻抗:輸出阻抗定義為,運放工作在線性區(qū)時負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飽和,一定是非線性的。在開環(huán)的情況下,放大器放大倍數很大,很容易超范圍,所以一般接負反饋降低放大倍數,以增大線性區(qū)。,在運放的輸出端加信號電壓,這個電壓變化量與對應的電流變化量的比值。在低頻時僅指運放的輸出電阻。這個參數在開環(huán)測試。輸入失調電壓VIO(input offset voltage:(集成運放輸出端電壓為零時,兩個輸入端之間所加的補償電壓。輸入電壓為零時,將輸出電壓除以電壓增益,再加上負號,即為折算到輸入端

6、的失調電壓。亦即使輸出電壓為零時在輸入端所加的補償電壓。VIO是表征運放內部電路對稱性或者反映了輸入級差分對管的失配程度,一般Vos約為(110mV,高質量運放Vos在1mV以下。輸入失調電壓溫漂:在規(guī)定工作溫度范圍內,輸入失調電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。這個參數實際是輸入失調電壓的補充,便于計算在給定的工作范圍內,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,高質量的可做0.5uV/C(攝氏度。輸入失調電流IIO(input offset current:(當運放的輸出直流電壓為零時,其兩輸入端偏置電流的差值。在零輸入時,差分輸入級的差分對管基極電流之

7、差,II0=|IB1-IB2|。用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。通常, Ios為(0.55nA,高質量的可低于1nA。輸入失調電流溫漂:在規(guī)定工作溫度范圍內,輸入失調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)定工作范圍內的溫度系數,也是衡量運放受溫度影響的重要指標,通常約為(150nA/C,高質量的約為幾個pA/C。開環(huán)差模電壓增益 (open loop voltage gain:運放工作于線性區(qū)時,運放輸出電壓與差模電壓輸入電壓的比例。由于差模開環(huán)直流電壓增益很大,大多數運放的差模開環(huán)直流電壓增益一般在數萬倍或更多,故一般采用分貝方式記錄和比較。一般運放的差模開環(huán)直流電壓增益

8、在80120dB之間。共模抑制比(common mode rejection ratio:是指差分放大器對同時加到兩個輸入端上的共模信號的抑制能力。更確切的說是,產生特定輸出所需輸入的共模電壓與產生同樣輸出所需輸入的差分電壓的比值,常用分貝數來表示。KCMR=20lg(Avd/Avc(dB它是衡量輸入級差放對稱程度及表征集成運放抑制共模干擾信號能力的參數。其值越大越好。通常KCMR約為(70100分貝,高質量的可達160分貝。共模抑制比計算: 從公式可以看出,CMRR 與放大器的增益和頻率無關。如果R3=R4,R2= R1,共模抑制比會無窮大。差模放大倍率為1的情況為R3=R4=R2= R1在

9、實際電路設計中,可以使用高精度萬用表測出低漂移的電阻,使得R1=R2, R3=R4,這樣,可以是運放的共模抑制比大幅度提升。輸出峰-峰值電壓:當運放工作于線性區(qū)時,在指定的負載下,運放在當前大電源電壓供電時,運放能夠輸出的最大電壓幅度。除低壓運放外,一般運放的輸出輸出峰-峰值電壓大于10V。一般運放的輸出峰-峰值電壓不能達到電源電壓,這是由于輸出級設計造成的,現(xiàn)代部分低壓運放的輸出級做了特殊處理,使得在10K負載時,輸出峰-峰值電壓接近到電源電壓的50mV以內,所以稱為滿幅輸出運放,又稱為軌到軌(raid-to-raid運放。注意的是,運放的輸出峰-峰值電壓與負載有關,負載不同,輸出峰-峰值電

10、壓也不同;運放的正負輸出電壓擺幅不一定相同。對于實際應用,輸出峰- 峰值電壓越接近電源電壓越好,這樣可以簡化電源設計。但是現(xiàn)在的滿幅輸出運放只能工作在低壓,而且成本較高。運放閉環(huán)增益:一般放大器的分析都是基于交流反饋進行,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反饋放大電路用方塊圖表示。這是因為無論哪種交流負反饋放大電路,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1 + A(sF(s A(s。說明在這種情況下,形式上的負反饋已經轉化為實質上的正反饋,正反饋使增益變大。(4當 1 + A(sF(s=0 時,則 Af(s為無窮大。這說明在沒有外加輸入信號

11、時,也會有輸出信號。這種現(xiàn)象稱為反饋放大電路的自激振蕩現(xiàn)象。對于放大電路而言,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稱為負反饋放大電路的反饋深度。一般情況下,放大器處于深度負反饋。此時,放大電路的閉環(huán)增益為 l/F(s。但在實際中,很少去算l/F(s的,而是根據深度負反饋的“虛短”、“虛斷”的概念進行計算。 放大器穩(wěn)定性的分析,都是基于式2.1的。一般是應用放大器的頻率響應,借助波特圖進行分析的。放大器對不同頻率的正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應稱為頻率響應。放大器的頻率響應可直接由放大器的放大倍數對頻率的關系來描述,即。w）|曲線的拐點再往高頻移動一些時，fc 之前或 fc 對應的相角就有可能達到-180 。 ，從 而使電路處