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【知识点】选择运算放大器时需要考虑哪些问题

2022-12-01
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在选择运算放大器时应该知道自己的设计需求是什么,从而在运放参数表中来查找。一般来说在设计中需要考虑的问题包括:

1、运放供电电压大小和方式选择;

2、运放封装选择;

3、运放反馈方式,即是VFA (电压反馈运放)还是CFA(电流反馈运放)

4、运放带宽;

5、偏置电压和偏置t电流选择;

6、温漂;

7、压摆率;

8、运放输入阻抗选择;

9、运放输出驱 动能力大小选择;

10、运放静态功耗,即ICC电流大小选择;

11、运放噪声选择;

12、运放驱动负载稳定时间等等。

偏置电压和输入偏置电流

在精密电路设计中,偏置电压是一个关键因素。对于那些经常被忽视的参数,诸如随温度而变化的偏置电压漂移和电压噪声等,也必须测定。精确的放大器要求偏置电压的漂移小于200μV和输入电压噪声低于6nV/√Hz。随温度变化的偏置电压漂移要求小于1μV/℃ 。

低偏置电压的指标在高增益电路设计中很重要,因为偏置电压经过放大可能引起大电压输出,并会占据输出摆幅的一大部分。温度感应和张力测量电路便是利用精密放大器的应用实例。

低输入偏置电流有时是必需的。光接收系统中的放大器就必须具有低偏置电压和低输入偏置电流。比如光电二极管的暗电流电流为pA量级,所以放大器必须具有更小的输入偏置电流。CMOS和JFET输入放大器是目前可用的具有最小输入偏置电流的运算放大器。

1、输入失调电压VIOInput Offset Voltage

输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时,两个输入端之间所加的补偿电压。

输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。

2、输入失调电压的温漂αVIO(Input Offset Voltage Drift)

输入失调电压的温度漂移(又叫温度系数)定义为在给定的温度范围内,输入失调电压的变化与温度变化的比值。

这个参数实际是输入失调电压的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间,精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。

3、输入偏置电流IB(Input Bias Current)

在使用运放中可能还会遇到一个输入偏置电流IB,输入偏置电流是指第一级放大器输入晶体管的基极直流电流。这个电流保证放大器工作在线性范围,为放大器提供直流工作点。

输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其两输入端的偏置电流平均值。

输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏置电流与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入偏置电流在±10nA~1μA之间;采用场效应管做输入级的,输入偏置电流一般低于1nA。

对于双极性运放,该值离散性很大,但几乎不受温度影响;而对于MOS型运放,该值是栅极漏电流,值很小,但受温度影响较大。

4、输入失调电流(Input Offset Current)

输入失调电流 offset current,是指两个差分输入端偏置电流的误差。

输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其两输入端偏置电流的差值。

输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电流越小。输入失调电流是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏置电流的百分之一到十分之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响,特别是运放外部采用较大的电阻(例如10k或更大时),输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失调电流越小,直流放大时中间零点偏移越小,越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。