運(yùn)放參數(shù)及指標(biāo)定義詳解

1、閱讀使人充實(shí)，會(huì)談使人敏捷，寫作使人精確。培根學(xué)問是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥。阿卜日法拉茲閱讀使人充實(shí)，會(huì)談使人敏捷，寫作使人精確。 培根學(xué)問是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥。阿卜日法拉茲運(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)包幅正弦小信號(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，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

2、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=10KH z轉(zhuǎn)換速率（也稱為壓擺率） SR運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率定義為，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)電路迅速從截止?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)，簡稱處于“開關(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)增益無關(guān)。轉(zhuǎn)換速率對(duì)于大信號(hào)處 理是 一個(gè)很重

3、要的指標(biāo)，對(duì)于一般運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率 SR10V4i s。目前的高速運(yùn)放最高轉(zhuǎn)換速率 SR達(dá)到6000V/pS。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)包幅正弦大信號(hào)輸入到運(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/2 TtVop （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/&出由0增加到某一給定值

4、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)間二建立時(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。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。等效輸入噪聲電壓：等效輸入噪聲電壓定義為，屏蔽良好、無信號(hào)輸入的的運(yùn)放，在其輸出端產(chǎn)生的任何交流無規(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 1020卜V。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

5、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；場效應(yīng)管做輸入級(jí)的運(yùn)放的輸入電阻一般大于 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

6、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)在開環(huán)測試。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（110） mV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

7、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（0.55） nA,高質(zhì)量白可低于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

8、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（150） nA/C,高質(zhì)量的約為幾個(gè)pA/Co開環(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。 由于差模開環(huán)直流電壓增益很大， 大多數(shù)運(yùn)放的差模開環(huán)直流電壓增益一般在數(shù)萬倍或更多， 故一般采用分貝方式記錄和比較。一般運(yùn)放的差模開環(huán)直流電壓增益在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。 更確切的說是， 產(chǎn)生特定輸出所需輸入的共模電壓與產(chǎn)生同

9、樣輸出所需輸入的差分電壓的比值， 常用分貝數(shù)來表示。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)。具值越大越好。通常KCMR勺為（70100）分貝，高質(zhì)量的可達(dá) 160分貝。 共模抑制比計(jì)算：當(dāng)輸入均是Vtm時(shí)，輸出Ym的電壓值是：差分輸入電壓Vi時(shí):共模抑制比是;邑0 + 3組尼斑一號(hào)氏從公式可以看出，CMRR與放大器的增益和頻率無關(guān)。如果R3=R4, R2= Ri,共模抑制比會(huì)無窮大。差模放大倍率為1的情況為R3=R4=R2= Ri在實(shí)際電路設(shè)計(jì)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

10、，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-峰值電壓大于土 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50mVtZ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-

11、峰值電壓越接近電源電壓越好，這樣可 以簡化電源設(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: 閱讀使人充實(shí)，會(huì)談使人敏捷，寫作使人精確。培根學(xué)問是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥。阿卜日法拉茲閱讀使人充實(shí)，會(huì)談使人敏捷，寫作使人精確。培根學(xué)問是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥。阿卜日法拉茲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: TOC o 1-5 h z Xi 侍)X蜀Xo(s)唾

12、一: A(s) *XI*圖工6負(fù)反俄方樞圖由此，可以打山壞的增新 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document A(s)=X(s)當(dāng)1+A(s)F(s)l時(shí)，HAs)Al時(shí)，則As 尸 A(s)/(1 +A(s)F(s) % 1 /F(s)iZ2)式22說明，這時(shí)閉環(huán)增益As)兒乎只取決于反饋系教F(s),且與開環(huán)憎薪A(5)的具 體數(shù)值無關(guān)。此時(shí)+我們稱放大器為深度負(fù)反饋.眾所周知，集成運(yùn)算放大器的開環(huán)增益 若是足紡大的.那么很容易引入深度負(fù)反饋.當(dāng)1 + A(s)F(s) A(s)。說明在這種情況下，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

13、益變大。當(dāng)1 + A(s)F(s)=0時(shí)，則Af(s)為無窮大。這說明在沒有外加輸入信號(hào)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(s)F(s)稱為負(fù)反饋放大電路的反饋深度。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。深度負(fù)反徜時(shí),1 + A(s)F(s)l ,則必然A(s)F(s)l T而 A(s)l(s)=X1(s)/Xti(s)， Xi(s)-X+X&s

14、)所以在 深度負(fù)反饋條件卜. X(s)XXs)- X,(s)-Xi(s)n對(duì)于深度小聯(lián)負(fù)反饋，則有I；6尸Ui(s),對(duì)干深度并聯(lián)負(fù)反饋則有Xs產(chǎn)1小)、如圖2.7所示圖二二虛短、虛斷示意圖U加在同相榆入端，同相輸入端電壓U*=Ui,反饋電壓u瓶在反相輸入端，反相輸 入端電壓U-=Ue，RUiUn故U,仁U、可見，此時(shí)集成放大器兩個(gè)輸入端之間近似 起路,但不是典正的也路.這種似短笄m丈引也路的情況稱為“中坦弟筒稱“由短 ” n父因集成放大器的差模輸入電陰號(hào)盤大，所以在UILU40時(shí).還可以近似 認(rèn)為流入集成放大器同相輸入端電流I卜和流入反相輸入端電流都近似為零，但乂不是真正 的斷路,高稱父虛斷

15、”.丁根據(jù)這兩點(diǎn)可以很方便地算出限然器&國海1#瑜L簫要注意一點(diǎn)，在計(jì)算中. 大家采用拉氏變換.即采用畬寇分算的表達(dá)式，這樣，電容的阻抗乙一1/(sC%電感 的阻抗ZlL如圖2.7所示，由于虛斷,可以認(rèn)為U-,R=(UU-y(R，Z)n其中RJ/乙表示 R和Zc并聯(lián).由于設(shè)短，Ui=U+=Ur所以有:Ui/Ri=(UQ-Ui)/(Ri：/sC4RrHbsCf).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)系來描述，即A3)N4(3)(i.4)其中A

16、4 3)表示電壓放大倍數(shù)的嚶與頻率I的關(guān)系，林為幅頓響成，而力( 3)費(fèi)示 放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位差與舞軍的關(guān)系,稱為相頻響質(zhì).兩者綜合起來可 全面表征故大器的顆率響應(yīng) 通常，幗頻鹿采用分貝表示放大倍數(shù),它和相抵響應(yīng)分別 會(huì)在兩張半時(shí)數(shù)坐標(biāo)跟上斗這種半時(shí)數(shù)坐標(biāo)國，就是酒率聚用對(duì)數(shù)分度，而幅值(以 UB表示的電田塔就)或相角則第用踐”分度 這兩米頻率響成曲城圖稱為時(shí)數(shù)師村可欣 或波利圖、實(shí)際運(yùn)用中.波特圖不用逐點(diǎn)描繪曲線，而是軍用折線近似.從前面的分析中，可知1+AGF(s)=O時(shí),放大電曙會(huì)發(fā)生自微振淵.放大黯 穩(wěn)定性分析.就是分析1+A(；i)FG)是齒等于，或小于)J格拉氏支賽

17、技操為博式變 換，即用j s代替學(xué)步人表達(dá)式中即可.自型如藩睛，A。3F(j 3)=1、這有兩個(gè)條 件一是| A(j 3)F(j )網(wǎng)了4乙-少M(fèi)j栩Hj 3尸)：因此.門激服濡或正反驚袤現(xiàn)在波特圖上即幅題嗝應(yīng)圖中.20lg I A(j)I利 201g I F(j 3)|曲線相交時(shí),對(duì)阿頻率處的相ftjW/XO * .下面於用折線法叫!出圖2.7電路的波特圖,如圖工X所不：由于一股情況下.RrRA ,所以F(sHRRJUfIM)現(xiàn)分析嗝地響|也近憾3出201g | F(j娟)|的曲線,根據(jù)式工3,可用201g | F(j s) | =-20為 | R，R，(1 Yj | ,20g | F(j

18、a) | 七一20亞 | R/Ri L當(dāng) saLRQ耐，201g | F(j s) | 上一201g I RjR(i oRrCf) I因此，在波特圖中，時(shí)，201g I F(j cj ) |表現(xiàn)為一條直線， 3LRfCr時(shí)，201g I F(j c) |表現(xiàn)為一條斜線相交點(diǎn)的頻率底為g = 1/R(Ch如圖2%所示。同樣的道理巧ZF(j 3)一/ R/Ri=0,當(dāng) 3 A甲甲r. Dz3w. Com時(shí).ZFO g)=/RhR(j qRq)=19。，當(dāng)g=LRC時(shí)，ZF(j0) = 一45.但是.在分析穩(wěn)定時(shí),主要是檢查/A(j s)Fj這就要知道放大器的 開環(huán)增益的幅頻曲線，這一般可以從器件噴料中杳到、舉例而言.我們假設(shè)某一放大皤 的開環(huán)通空如