运算放大器学习
运放的选型一般主要需要观察以下几个参数,下面一起来理解一下几个核心参数的意义;今天说 输入失调电压 、失调电压温漂 、 偏置电流 、 失调电流几个参数;
放大器的几个主要参数
- 输入失调电压
- 失调电压温漂
- 偏置电流
- 失调电流
- 增益带宽积
- 共模抑制比
- 轨对轨输入
- 转换速率
运算放大器简介
放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路。红色绿色蓝色分别是输入级,中间级和输出级。
注:输入级采用具有很强零点漂移抑制能力的差动放大电路,中间级常采用争议较高的共发射级放大电路,输出级一般采用带负载能力很强的功率放大电路,偏置电路的作用是为各级放大电路提供了工作电压。
1、输入失调电压Vos(Offset Voltage)
由于制造工艺和器件参数的不完美性,运算放大器的两个输入端口并不完全相等,导致存在微小的电压差,即输入失调电压。
为了使运放的输出电压等于0,必需在运放两个输入端加一个小的电压。这个需要加的小电压即为输入失调电压Vos;
影响因素:温度(对应失调电压温漂)、电源波动(对应电源抑制比)
影响结果:运算放大器输出结果同理论值存在偏差,并且由于受温度和电源波动的影响,此误差并不是固定值。直接影响着信号处理的精度和准确性。较大的输入失调电压会引入系统误差,导致输出信号偏移和非线性失真。输入失调电压越小,运算放大器的增益稳定性、频率响应和线性范围就越好。在实际应用中,选择输入失调电压较小的运算放大器可以提高整体系统的性能和可靠性;
较大的输入失调电压会引入系统误差Vout = (-R2/R1)*(Vin+Vos)
Data中输入失调电压如下图所示(OPA336):
一批运算放大器的输入失调电压一般服从正态分布,如上图所示;
2、失调电压温漂
定义:芯片承受温度范围内,输入失调电压的变化与温度变化的比值。 该参数是指Vos在规定工作范围内的温度系数,是衡量运放温度影响的重要指标。一般情况下约为(10~30)uV/摄氏度,高质量的可做<0.5uV/C(摄氏度)。
影响因素:温度
影响结果:失调电压发生变化,导致运放输出受到干扰,如果是直流信号后面跟A/D,直接影响最后检测结果
失调电压温漂定义为:△Vos / △T = [Vos(T) – Vos(25℃)] / (T - 25℃)
其实就是运放的输入失调电压受温度影响的能力(强度),当然受温度影响越小越好;
3、偏置电流Ib
定义:当输出维持在规定的电平时,运放两个输入端流进或者流出直流电流的平均值 Ib=(Ib1+Ib2)/2
影响因素:制造工艺,双极型工艺的输入偏置电流在±10nA~1μA之间;
场效应管做输入级,输入偏置电流一般低于1nA。
理想运放的输入阻抗无穷大,因此不会有电流流入输入端,但是,在输入级中使用双极结型晶体管(BJT)的真实运放需要一些工作电流,该电流称为偏置电流(IB)。通常有两个偏置电流:IB+和IB-,它们分别流入两个输入端。IB值的范围很大,特殊类型运放的偏置电流低至60fA(大约每3us通过一个电子),而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA。
4、失调电流Ios
定义:当输出维持在规定的电平时,运放两个输入端流进或者流出直流电流的差值
影响因素:制造工艺,很难保证两个输入端口的偏置电流相等
影响结果:运放输出信号引入误差,如图一中计算受到失调电流影响的输出结果为
Vout=(1+R2/R1)×(Ios*R2+Vin)
以上就是本期内容,下期讲解增益带宽积、共模抑制比、轨对轨输入
、转换速率