作為電子工程師,我們不可避免地要使用到運(yùn)放,而運(yùn)放千千萬(wàn),我們?cè)撊绾芜x擇呢?要選擇合適的運(yùn)放,我們必須先對(duì)運(yùn)放一些性能屬性有所了解。
1、直流增益(AVD)
直流增益是運(yùn)放最重要一個(gè)屬性之一,其定義為輸出電壓的變化與輸入電壓變化之比值,通常用V/mV表示這個(gè)比值,例如,增益為30000,可表示為30V/mV,有些地方也會(huì)把增益用dB表示,定義為:
直流增益(AVD)越大,運(yùn)放性能越好。
2、增益帶寬(BW)
所有帶寬指標(biāo)均為-3dB帶寬。同一塊運(yùn)放可以有幾個(gè)不同的帶寬指標(biāo),并非唯一:
1)單位增益帶寬:在放大倍數(shù)等于1時(shí)的帶寬。
圖1
2)帶寬增益積:在某個(gè)指定增益下,該增益與該狀態(tài)下帶寬的乘積。如果是“欠補(bǔ)償”運(yùn)放,大于該運(yùn)放的“單位增益帶寬”指標(biāo);如果是完全相位補(bǔ)償運(yùn)放,該指標(biāo)等于該運(yùn)放的“單位增益帶寬”指標(biāo)。
3)功率帶寬:輸出幅度達(dá)到指定值時(shí)的帶寬,遠(yuǎn)小于該運(yùn)放的“單位增益帶寬”指標(biāo)。
這些帶寬在運(yùn)放手冊(cè)上大多都有明確標(biāo)注(包括測(cè)量條件),通常單位增益帶寬指標(biāo)用的最多。
增益帶寬(BW)越大,運(yùn)放性能越好。
3、壓擺率(SR)
將一個(gè)階躍電壓信號(hào)加到運(yùn)放的輸入端,并且這個(gè)階躍電壓信號(hào)足以使輸出飽和,輸出按圖2所示的斜率的形式變化。該斜率取決于運(yùn)放的電路,我們把這個(gè)斜率稱為上升速率,也叫壓擺率。最常使用到的LM2904的壓擺率為0.6V/1us,高速運(yùn)放OPA2354的壓擺率為150V/us。
壓擺率(SR)也大,運(yùn)放性能越好。
4、輸入失調(diào)電壓
在圖3中標(biāo)出了所有響應(yīng)的輸入和輸出電流,設(shè)V1 = V2 = OV。按理Vout也應(yīng)為零,但實(shí)際上由于微小的制造偏差,將使輸出電壓Vout有一個(gè)正或負(fù)的值。如果緩慢的改變V1,直到使Vout為零,這時(shí)V1和V2之差就是輸入失調(diào)電壓。LM2904的輸入電壓失調(diào)為3mV。
圖3 失調(diào)電壓和失調(diào)電流的定義
輸入失調(diào)電壓越小,運(yùn)放性能越好。
5、失調(diào)電壓溫度系數(shù)
實(shí)際上,輸入失調(diào)電壓不是一個(gè)主要的特性,因?yàn)樗梢杂谜{(diào)零電位器消除。而且通常最為關(guān)心的是輸入失調(diào)電壓隨溫度的改變而變化多少,其值單位一般為uV/℃。
失調(diào)電壓溫度系數(shù)越小,運(yùn)放性能越好。
6、輸入失調(diào)電流
圖3中,即使V1 = V2 = 0,I1和I2也不會(huì)相等,所以把I1和I2之間的差值定義為失調(diào)電流。TI的LM2904的失調(diào)電流為2nA。值得注意的是,失調(diào)電流與溫度有關(guān)。
輸入失調(diào)電流越小,運(yùn)放性能越好。
7、輸入偏置電流
如圖4所示,長(zhǎng)尾對(duì)中的晶體管需要供給基極電流,所以圖3中當(dāng)V1 = V2 = 0時(shí),而I1和I2將不為零。我們把V1和V2都為零時(shí)的I1和i2為基極偏置電流。TI的LM2904的輸入偏置電流為20nA。
輸入偏置電流,運(yùn)放性能越好。
圖4
8、共模抑制比(CMRR)
對(duì)于一個(gè)理想的直流放大器只能放大正相輸入端和反相輸入端之間的電壓,也就是差模電壓,而對(duì)具有共模電壓毫無(wú)反應(yīng)。反應(yīng)在圖3中,當(dāng)V1 = 5V,V2 = 5.001V,或V1 = 0,V2 = 1mV時(shí),它們的輸出電壓應(yīng)是相同的。而實(shí)際上由于生成中的偏差,將引起運(yùn)放在一定程度上對(duì)5V的共模電壓有所響應(yīng)。
首先,我們必須定義共模增益,將輸入正反相短接,加入輸入電壓,則共模增益定義為:
第1條特性中,已經(jīng)定義過(guò)直流增益AVD。因此,共模抑制比為:
通常CMRR很大,在絕大多數(shù)資料中,都采用分貝表示。ST的LM2904的CMRR為85dB。
共模抑制比(CMRR)越大,運(yùn)放性能越好。
當(dāng)然,性能越好的運(yùn)放,價(jià)格也越高,根據(jù)不同使用場(chǎng)合選用不同的運(yùn)放,確保最佳的性價(jià)比也是作為一個(gè)工程師的必備技能。
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