最新运算放大器设计总结Word文档下载推荐.docx

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3.共模抑制比CMRR

差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，CMRR=|Ad/Ac|。

共模输入电压会影响到输入差分对的偏置点。

由于输入电路内部固有的不匹配，偏置点的改变会引起失调电压改变，进而引起输出电压改变。

其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量，一般来说CMRR=ΔVos/ΔVcom，TI及越来越多的公司将其定义为CMRR=ΔVcom/ΔVos。

在datasheet中该参数一般为直流参数，随着频率的增加而降低。

4.输入偏置电流Ibias

输入偏置电流被定义为：

运放的输入为规定电位时，流入两个输入端的电流平均值。

记为IB。

为了运放能正常的工作，运放都需要一定的偏置电流。

IB=（IN+IP）/2。

当信号源阻抗很高时，就必须关注输入偏流，因为如果运放有很大的输入偏流，就会对信号源构成负载，因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压，如果信号源阻抗很高，那么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放，也可以采用降低信号源输出阻抗的方法，就是使用一个缓冲器，然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。

在双级输入级的情况下，可以使用对失调电流进行调零的方法，就是使从两个输入端看到的阻抗相互匹配。

在CMOS和JFET输入电路的情况下，一般来说，失调电流不是问题，也没有必要进行阻抗匹配了。

5.输入失调电流Ios

当运放的输出端置于规定电位时，流入运放两个输入端的电流之差的绝对值。

IOS=|IN-IP|

6.电源抑制比PSRR

电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压改变量之比的绝对值，单位是dB。

对于双电源运放，PSSR=ΔVcc±

/ΔVos±

。

PSSR随着频率的增加而下降。

开关电源产生的噪声频率从50kHz到500kHz或更高，在这些高频下，PSSR的值几乎为零，所以，电源上的噪声会引起运放输出端上的噪声，对此必须使用恰当的旁路技术。

7.输入阻抗Ri

当任意一个输入端接地是的两个输入端之间的DC电阻，当信号源阻抗很高时，输入阻抗就成为一个设计要点，因为输入电路是信号源的负载。

8.输出阻抗Ro

运放工作在线性区时，输出端内部的等效小信号阻抗。

用于轨对轨输出的运放，比射级跟随器输出级有较高的输出阻抗。

当使用轨对轨运放来驱动重负载时，输出阻抗成为一个设计要点，如果负载主要是电阻性的，那么输出阻抗所限制的是运放的输出电压可以多近的接近电源电压。

如果负载是容性的，那就会产生额外的相移，使相位裕度变坏。

9.增益带宽积GBW

开环电压增益与该增益的测试点频率的乘积，单位Hz，该参数与B1相似，B1规定为运放的增益等于1的那个频率点，而GBW规定为运放在一个频率点上的增益带宽积，但这个频率点可以不同于B1。

10.摆速/压摆率SR

由输入端的阶跃变化所引起的输出电压的变化速率，单位是V/S。

运放的SR参数等于它可以传递的信号摆速的最大值。

它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标，表示运放对信号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。

当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才按线性规律变化。

信号幅值越大、频率越高，要求运放的SR也越大。

一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。

但压摆率却是高速运放的重要指标。

当运放在传递信号时，如果要求不会因为SR太慢而使信号失真，那么，放大器的摆速必须至少等于信号的最大摆速。

可以提供最快SR的运放是电流反馈运放。

设计准则是：

SR≥2πVoutp-p×

Vcut-off。

Voutp-p是在Vcut-off频率以下的电压峰-峰的期望摆幅值。

处理交流信号的话，增益带宽积（GBP）和转换速率（SR）是主要考虑的指标。

处理直流或低频信号的话，就要主要考虑失调电压和失调电流。

11.输入失调电压Vos

使输出电压为零时，需要加在两个输入端之间的DC电压。

双极输入级要比CMOS或JFET输入级有较低的失调电压。

Vos是一个折算到输入端的参数，这个电压将被电路的正的闭环增益所放大。

如果电路需要DC精度，那么Vos是必须要关注的。

12.输入失调电压长期漂移参数

输入失调电压的改变量与时间改变量之比，通常指一个月内的平均值，单位是V/month。

13.输出电压摆幅Vo

当运放用双极性电源工作时，可以达到的、不削峰的最大峰到峰输出电压，单位为伏特，一般定义在特定的负载条件下。

一般运放输出为射级跟随器结构，无法把输出电压驱动到等于电源的任何一个轨电压，轨对轨输出的运放使用了共射级（双极）或共源级（CMOS）输出级，使得输出电压的摆幅仅受到输出管的饱和压降或接通电阻以及负载电流的限制。

对于单电源运放，使用VOH和VOL来定义最大和最小输出电压。

运放的输出电压是有限制的，普通运放的输出电压范围一般是（Vss+1.5～Vcc-1.5）V，比如电源电压是±

15V，运放能输出的最低电压为-13.5V，最高电压为13.5V，超过这个电压范围即被限幅。

这个特性导致电源电压不能被充分利用，特别是电池工作的设备，工作电压很低，这个问题特别突出，于是出现了railtorail（轨至轨）型运放。

那么是不是使用了railtorail运放，就不用考虑电源轨的限制了呢？

对于普通运放，比如15V供电时，说输出电压摆幅可以达到13.5V，其实输出电压接近13.5V时，运放的特性就开始变差，主要表现在放大倍数急剧下降，信号就开始失真，增益越大，失真越严重。

RailtoRail运放的广告宣传中会说能达到正负电源的输出范围，实际上，当信号与电源轨的距离小于300mV时，放大器就会开始产生失真。

那什么时候，可以相信datasheet上标称的电压摆幅呢？

把运放当作比较器用的时候！

railtorail运放在作为比较器使用时，其输出电压可以非常接近电源轨，一般只有20mV左右的距离。

建议：

普通运放电源的正负极电压应该分别比要求的输出电压高2V以上，RailtoRail型运放应该高300mV以上。

14.输入共模范围VICMR

谈及运算放大器输入时，输入共模电压（VICM）是工程师首先会想到的一个术语，但其可能会带来一定的初始混淆。

VICM描述了一个特殊的电压电平，其被定义为反相和非反相输入引脚（图1）的平均电压。

图1运算放大器的输入共模电压

它常常被表示为：

VICM=[VIN（+）+VIN（–）]/2.

思考VICM的另一种方法是，它是非反相和反相输入即VIN（+）和VIN（–）常见的电压电平。

事实证明，在大多数应用中，VIN（+）都非常接近于VIN（–），因为闭环负反馈使一个输入引脚紧跟另一个，这样VIN（+）和VIN（–）之间的差便接近于零。

对许多常见电路而言确是这样一种情况，其包括电压跟随器、反相和非反相配置。

在这些情况下，我们常常假设VIN（+）=VIN（–）=VICM，因为这些电压大约相等。

用于描述运算放大器输入的另一个术语是“输入共模范围”（VICMR），或者更准确的说是“输入共模电压范围”。

它是许多产品说明书中经常用到的一个参数，同时也是广大电路设计人员最为关心的一个参数。

VICMR定义了运算放大器器件正确运行所需的共模输入电压“范围”，并描述了输入与每个电源轨的接近程度。

思考VICMR的另一种方法是：

它描述了由VICMR_MIN和VICMR_MAX定义的一个范围。

如图2所示，对VICMR的描述如下：

VICMR=VICMR_MAX–VICMR_MIN

其中:

VICMR_MIN=相对于VCC–电源轨限制

VICMR_MAX=相对于VCC+电源轨限制

图2运算放大器的输入共模电压范围

超出VICMR时，便无法保证运算放大器的正常线性运行。

因此，保证完全了解输入信号的整个范围并确保不超出VICMR至关重要。

产生混淆的另一个方面可能会是：

VICM和VICMR并非标准化缩略语，而各个IC供应商的各种产品说明书通常使用不同的术语，例如：

VCM,VIC,VCMR等。

结果，我们必需要了解您研究的规范超过了某个特殊输入电压—一个“输入电压范围”。

VICMR因运算放大器而各异

运算放大器的输入级由设计规范和所用运算放大器工艺技术类型规定。

例如，CMOS运算放大器的输入级便与双极型运算放大器不同，其区别于JFET运算放大器等。

运算放大器输入级和工艺技术的具体情况不在本文讨论范围内，但注意到这些差异存在于各种运算放大器器件之间也很重要。

表1列举了几个德州仪器（TI）运算放大器的例子及其VICMR。

“最大电源范围”栏描述了分裂式电源和单电源（括号内）限制。

由该表，我们清楚地知道各运算放大器的输入范围VICMR明显不同。

根据器件的具体类型，VICMR可能会低于或者超出电源轨。

因此，绝不要假设运算放大器可以接收特殊输入信号范围，除非在产品说明书规范中得到核实。

表1几种不同运算放大器的VICMR举例

值得一提的一种宽输入范围特例是“轨到轨输入运算放大器”。

尽管，顾名思义，它是一种输入涵盖整个电源轨范围的运算放大器，但并非所有轨到轨输入器件都如许多人设想的那样涵盖整个电源范围。

许多轨到轨输入运算放大器的确涵盖了整个电源范围（例如：

表1中的OPA333等），但有一些则没有全覆盖，而其描述对人具有一定的误导性。

另外，检查产品说明书中的规定输入范围至关重要。

克服VICMR问题

在设计过程的后期，如果您发现您无法满足运算放大器的VICMR要求怎么办呢？

可能其他一些参数会是您应用的理想选择，而要修改器件是一件十分困难的事情。

一个或多个下列选项或许可以作为一种备选解决方案：

（a）如果输入幅值过大，请使用一个电阻分压器来让信号维持在正确的VICMR范围内。

（b）如果输入信号偏移存在问题，请尝试使用一个输入偏置或者DC偏移电路，以让输入信号保持在规定的运算放大器VICMR范围内。

（c）将器件改为轨到轨输入运算放大器，以满足所有其他要求。

二．同相比例放大和反向比例放大的选择

1.理想信号源的分类

1）理想电压源信号：

输入阻抗为0，输出恒定电压，输出电流取决于外电路

2）理想电流源信号：

输入阻抗无穷大，输出恒定电流，输出电压取决于外电路

对于实际信号源，由于其存在一定的内阻，其输出的电压和电流与电源内部与外部电路都有关系，但对于某种特定的信号来说，可以通过特性判断出其趋向与电压源或者电流源，才能选用相适应的放大电路

2.放大电路的输入输出阻抗

1）理想同向放大器

输入阻抗：

Ri=∞

输出阻抗：

Ro=0

2）理想反向放大器

Ri=R1

3.放大电路形式的选用与信号源的匹配关系

1）对于反向放大器，为电压并联负反馈类型，在信号源越接近电流源时负反馈效