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【知識點】選擇運算放大器時需要考慮哪些問題

2021-12-01
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在選擇運算放大器時應該知道自己的設計需求是什么,從而在運放參數表中來查找。一般來說在設計中需要考慮的問題包括:

1、運放供電電壓大小和方式選擇;

2、運放封裝選擇;

3、運放反饋方式,即是VFA (電壓反饋運放)還是CFA(電流反饋運放)

4、運放帶寬;

5、偏置電壓和偏置t電流選擇;

6、溫漂;

7、壓擺率;

8、運放輸入阻抗選擇;

9、運放輸出驅 動能力大小選擇;

10、運放靜態功耗,即ICC電流大小選擇;

11、運放噪聲選擇;

12、運放驅動負載穩定時間等等。

偏置電壓和輸入偏置電流

在精密電路設計中,偏置電壓是一個關鍵因素。對于那些經常被忽視的參數,諸如隨溫度而變化的偏置電壓漂移和電壓噪聲等,也必須測定。精確的放大器要求偏置電壓的漂移小于200μV和輸入電壓噪聲低于6nV/√Hz。隨溫度變化的偏置電壓漂移要求小于1μV/℃ 。

低偏置電壓的指標在高增益電路設計中很重要,因為偏置電壓經過放大可能引起大電壓輸出,并會占據輸出擺幅的一大部分。溫度感應和張力測量電路便是利用精密放大器的應用實例。

低輸入偏置電流有時是必需的。光接收系統中的放大器就必須具有低偏置電壓和低輸入偏置電流。比如光電二極管的暗電流電流為pA量級,所以放大器必須具有更小的輸入偏置電流。CMOS和JFET輸入放大器是目前可用的具有最小輸入偏置電流的運算放大器。

1、輸入失調電壓VIOInput Offset Voltage

輸入失調電壓定義為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。

輸入失調電壓實際上反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電壓越小。輸入失調電壓是運放的一個十分重要的指標,特別是精密運放或是用于直流放大時。

2、輸入失調電壓的溫漂αVIO(Input Offset Voltage Drift)

輸入失調電壓的溫度漂移(又叫溫度系數)定義為在給定的溫度范圍內,輸入失調電壓的變化與溫度變化的比值。

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。一般運放的輸入失調電壓溫漂在±10~20μV/℃之間,精密運放的輸入失調電壓溫漂小于±1μV/℃。

3、輸入偏置電流IB(Input Bias Current)

在使用運放中可能還會遇到一個輸入偏置電流IB,輸入偏置電流是指第一級放大器輸入晶體管的基極直流電流。這個電流保證放大器工作在線性范圍,為放大器提供直流工作點。

輸入偏置電流定義為當運放的輸出直流電壓為零時,其兩輸入端的偏置電流平均值。

輸入偏置電流對進行高阻信號放大、積分電路等對輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與制造工藝有一定關系,其中雙極型工藝(即上述的標準硅工藝)的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間;采用場效應管做輸入級的,輸入偏置電流一般低于1nA。

對于雙極性運放,該值離散性很大,但幾乎不受溫度影響;而對于MOS型運放,該值是柵極漏電流,值很小,但受溫度影響較大。

4、輸入失調電流(Input Offset Current)

輸入失調電流 offset current,是指兩個差分輸入端偏置電流的誤差。

輸入失調電流定義為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。

輸入失調電流同樣反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電流越小。輸入失調電流是運放的一個十分重要的指標,特別是精密運放或是用于直流放大時。輸入失調電流大約是輸入偏置電流的百分之一到十分之一。輸入失調電流對于小信號精密放大或是直流放大有重要影響,特別是運放外部采用較大的電阻(例如10k或更大時),輸入失調電流對精度的影響可能超過輸入失調電壓對精度的影響。輸入失調電流越小,直流放大時中間零點偏移越小,越容易處理。所以對于精密運放是一個極為重要的指標。

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