運算放大器系列(二)

拿到一個信號打算放大的時候,第一反應一般都是運算放大器。通常一塊增益帶寬積在20M以下的運放就能夠滿足你的需求了,這次主要分享一下增益帶寬積在20M以下的運放的重要參數以及挑選。

半導體公司比較知名的有意法半導體公司,恩智浦,美國國家半導體公司(應該是這麼翻譯的)還有TI。TI,德州儀器,是全球知名半導體品牌,做軍工類產品起家,現轉入民用器件的生產及配套設計。我比較喜歡這家公司的產品,所以主要講一下怎樣在TI淘到一款你想要的運放。

首先我們需要先了解一下運放的一些參數圖片1

  1. 增益帶寬:

信號的增益與測試點頻率的乘積

這是挑選運放的重要參考指標

右側爲帶寬22M Hz的運放對於220K Hz信號的增益與相位差圖像

  1. 擺速:

決定輸出電壓的峯值。峯值等於擺速除以2π與頻率乘積。挑選運放的又一重要參考指標

由內部補償電容決定。此電容使得電路更穩定。沒有這個電容會得到更快的擺速,但同時需要採取其他措施保證電路的穩定。

  1. 輸入失調電流:

輸入偏置電流是由於運放兩個輸入極都有漏電流的存在。可以理解爲,理想運放的各個輸入端都串聯進了一個電流源,並且電流值一般不相同。也就是說,實際的運放,會有電流流入或流出運放的輸入端的(與理想運放的虛斷不太一樣)。那麼輸入偏置電流就定義這兩個電流的平均值,這個很好理解。輸入失調電流呢,就定義爲兩個電流的差。

輸入偏置電流會流過外面的電阻網絡,從而轉化成運放的失調電壓,再經運放話後就到了運入的輸出端,造成了運放的輸入誤差。這也就是在反向放大電路中,在運放的同相輸入端連一個電阻再接地的原因。並且這個電阻要等於反向輸入端的電阻和反饋電阻並聯後的值。這就是爲了使兩個輸入端偏置電流流過電阻時,形成的電壓值相等,從而使它們引入的失調電壓爲0。

  1. 總諧波噪聲:

噪聲和失真是工程師在設計高精度模擬系統常見的兩個令人撓頭的問題。但是,當我們查看一個運算放大器數據表中的總諧波失真和噪聲 (THD+N) 數值時,也許不能立即搞清楚哪一個纔是你要應對的敵人:噪聲還是失真?

“噪聲”描述的是由放大器產生的隨機電信號。“失真”是指由放大器引入的有害諧波。諧波是頻率爲輸入信號頻率整數倍的信號。由於輸入信號的頻率不影響噪聲電壓,噪聲優勢頻率上的THD+N測量值在是扁平的。另一方面,失真諧波的幅值會隨着信號幅值的變化而變化。一旦曲線偏離恆定向下斜坡,我們就會知道失真諧波正在影響THD+N測量值。瞭解噪聲或失真是否會限制你的系統性能對於找到一個工程設計解決方案十分關鍵。掌握某些基本手算結果,並且能夠看懂數據表THD+N圖,你就可以迅速確定誰是罪魁禍首了。

  1. 輸出電阻:

運放的輸出可視爲一個受控電壓源串聯了一個電阻。Ro是運算放大器的開環輸出電阻。放大器後面接的負載的阻抗要與閉環輸出電阻相同或者共軛(因爲電感電容會引起相角的變化,所以阻抗一般採用複數表示)。閉環輸出電阻與放大電路的環路增益有關,有興趣者可以查閱相關資料,這裏就不再贅述了。

  1. 擺幅:

輸出最大電壓與最小電壓的差值。有一種輸出叫做軌到軌輸出,也就是輸出範圍是你供電電壓的範圍,一般情況下襬幅是供電電壓上下限減加1.5V左右。

看了這麼多參數我們再看一下TI列出的參數選項

圖片2

 

圖片3

 

這裏麪包括了供電電壓,增益帶寬積,擺速,軌到軌方式,輸入失調電壓,工作環境溫度甚至芯片的封裝,有了這些,你的對運放進行初步篩選。

之後還可以通過芯片手冊的綜述部分了解運放進一步的參數,根據自己的需求再最終決定使用哪款芯片。

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