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运算放大器的常见指标及特点

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eefishing 发布时间:2020-2-21 00:24
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。

- X, A- _, L- @
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。
7 p' y. g9 o" s8 Z5 Q
对策:+ R6 P7 J$ O1 X2 |* X
1、选择 VOS 远小于被测直流量的放大器,

9 R9 R" H  M0 d+ H3 [2、过运放的调零措施消除这个影响

+ v, H2 Y1 |" @. ]' R$ C3、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。

% a" S, T$ z# f0 m* f% ], x" Y
2 _7 T, n3 U. j
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
* d6 R; U/ U7 R/ S* U! C! k
▶ 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。

) y+ z+ e2 G0 h$ L+ `1 q
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。
4 i$ d9 H" q3 M+ r
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。

1 C' E: E0 @# T2 g! P6 A
▶ 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
) B. Y$ Y* _3 ?/ |8 D6 C; U, ]0 }) O
优劣范围:60fA~100µA。
! v" ?: |  T( L3 }" X
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。
( B& u" L! Z5 M
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。
8 I( X, e6 P8 Z6 t0 I$ ]# }. z, y
▶ 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。

3 ^# P! _2 ?) i  Z9 k! w
优劣范围:20fA~100µA。Ib=Ib1-Ib2

/ |4 M7 ^' ?1 \& W
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。
0 O4 B3 f# M; j! L8 M/ i
▶ 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。

' a  c, B2 z& F. W2 ~# z
如何根据 datasheet 估算运放的噪声?

$ r! w6 S& T, R' M
如何计算电阻的噪声??
. P' D% X$ H. O5 z: v5 z4 ^
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。

! p  E$ o7 r4 Y  |0 x& P
▶ 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。

% n6 A1 w! s! E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。
% X% |8 q8 A2 c- e1 E4 m( L
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。
# W2 Y( o$ T2 o4 o- {1 Y
▶ 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。

& }7 ]! [0 F5 C/ X5 ^( R5 b( k
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。

6 h/ k' L; }6 \6 y2 Z1 _" k
▶ 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;
' M$ R$ E( l9 S" W
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;

, j, }/ s9 P: Y3) 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;

) e; a3 |6 k, y' F( I4) 至轨电压在 20mV 以内,属于非常优秀。

$ X; o' @( K+ M. N0 E5) RRIO(输入输出均轨至轨)
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