電子設計教程27:運放的幾個常用參數

  關於運放的參數很多,常用的卻沒幾個。本文講一下個人對輸入失調電壓、共模抑制比、軌至軌的理解。
  在運放開環使用的時候,兩個輸入端都接地,理論上輸出端應該爲0V,但實際上由於器件總會存在一些偏差,導致輸出不是0V。如果在兩個輸入端之間加直流電壓V_OS,使得放大器的輸出電壓爲0V,那麼這個V_OS被稱爲輸入失調電壓。輸入失調電壓越小越好,一般來說在0.1mV以下。當溫度變化、持續工作、供電電壓等發生變化時,輸入失調電壓會產生漂移,一般來說,輸入失調電壓相對於溫度變化的比值也會寫在手冊中。
  共模抑制比(Common-Mode Rejection Ratio,CMRR),指的是運放的差模電壓增益與共模電壓增益的比值,用dB表示。
如果運放的兩個輸入端輸入了相同的電壓U_ic,理論上輸出端應該爲0,但實際測量輸出端會有一個微小的電壓U_oc。相當於運放把兩個輸入的共模電壓放大了U_oc/U_ic倍。共模電壓增益A_c=U_oc/U_ic。如果此運放可以把差模電壓放大A_d,那麼它的共模抑制比:
在這裏插入圖片描述

  運放在差分輸入的時候,由於我們只希望放大兩個輸入的差值,不希望放大共模成分,所以共模抑制比要大一些。一般說運放都有60dB以上的CMRR,這表示差模電壓增益是共模電壓增益的1000倍以上。如果CMRR達到120dB,那麼差模電壓增益是共模電壓增益的一百萬倍。
  除了運放自身的參數,外圍器件的精度也會影響整個電路的共模抑制比。比如兩個輸入電阻的值有略有差別,那麼即便兩個輸入電壓相同,運放的兩個輸入端感受到的電壓也不相同,進而把輸入電壓的差值放大。因此,生產廠家會把常用的放大電路(包含運放和外圍電阻)進一步集成,提供給用戶,這就是功能放大器。通常集成在功能放大器的電阻會有更高的精度,比用戶選擇的分離元器件+運放組成的放大電路會有更好的性能。功能放大器種類很多,常見的有儀表放大器、差分放大器、程控增益放大器等等。
  如果運放的最大輸入電壓範圍與電源範圍比較接近時,比如相差0.1V甚至相等、超過,都可以叫做“輸入軌至軌”。如果輸出電壓與電源範圍比較接近時,可以稱爲“輸出軌至軌”。一般情況下,輸入電壓或輸出電壓都會比電源電壓窄1V到幾伏,比如±15V供電,輸入電壓範圍一般在-12V~13V,這相差的數值就被稱爲輸入軌差。較好的運放輸入或輸出電壓的範圍與電源電壓相同,甚至能夠超出電源電壓範圍零點幾伏(稱爲超軌),可以提高電路的適用性。對於運放來說,能否實現“軌至軌”,也是必須要考慮到的一個參數。
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