實際放大器需要考慮的問題
發布時間:2008/11/11 0:00:00 訪問次數:557
(1)直流失調 圖1所示的一個反相放大器附加有兩個偏流i.ia和ib以及輸入失調電壓vdc。雙極晶體管輸入級需要從輸入端吸收一些電流才能工作。而cmos類型輸入級有更高的輸入阻抗,吸收的偏置電流很小,但失調電壓較雙極類型的高。
輸入失調電壓導致輸出失調電壓的產生,此電壓等于vd乘上閉環增益。vdc的極性是隨機的,其典型值一般小于10mv。
兩個偏流電流大致相等,但仍稍有差別,即存在失調電流io。圖1電路中,io在輸入端產生一個附加的誤差電壓,其值為iareq,此處
同相輸入端的偏移電流ib沒什么影響,為了減小ia的影響,必須避免使用高值的req。
圖2是一個更常見的電路,它在同相端與地之間引入了一個阻值為f.的電阻,它不影響總增益,但它可以把等于ibreq的直流失調電壓引到同相輸入端。因為此放大器是一個差動裝置,由失調電流引起的純誤差電壓為(ia—ib)req即ioreq.又因為ia和ib的典型值為80na,凡在200na的范圍內,所以可以減小為原來的1/4。
圖1 帶失調的反相放大器
圖2 偏置電流引起直流失調的最小化
在圖3所示的同相放大器電路中,比值r2/r1由增益公式(10.13)決定。但實際上r1和r2幾乎可為任意值,且可以按其并聯電阻req近似等于同相輸入端的直流負荷,即所有并聯在同相端與交流地之間電阻的方式選擇。
通常,對于中等的閉環增益或交流耦合電路,直流失調的影響小。在一些重要的應用中,例如用于恢復低電平直流成分的精密有源低通濾波器中,可采用上面討論的方法。一些放大器備有直流失調調零輸入端。
(2)帶寬和增益 帶寬通常用開環增益等于1的頻率,即單位增益帶寬給出。由于增益是1,這個數值也是增益帶寬積。根據經驗,帶寬至少應該是最高工作頻率的lo倍。開環增益應該比要求的閉環增益高至少20db,以降低放大器本身的限制。然而,過高的增益或者帶寬可導致放大器對pcb版布局布線的靈敏度和對電抗負載的不穩定性。對大多數應用,許多通用的中等增益和有限帶寬放大器是最適合和魯棒性最好的。
(3)擺率限制 用一個運算放大器來輸出一個大振幅的高頻正弦波時,其輸出接近一個 三角波。這種現象稱為“擺率限制”,該三角波的斜率被稱為“擺率”。根據放大器類型的不同,典型值從1~100v/μs不等。如果輸出電壓的峰-峰值小,則擺率的影響也小。如果補償在外部,對給定的閉環增益使用所需要的最小頻率補償也能夠擴展頻帶。
(4)噪聲 在運算放大器的輸入端有兩個等效的噪聲源:噪聲電壓和噪聲電流。典型的 噪聲電壓和噪聲電流分別在;噪聲電流乘以運放輸入端的戴維南等效電阻轉換為電壓。兩個噪聲源都通過整個電路,包括與頻率有關的反饋元件的傳遞函數反映到運放的輸出端,以決定噪聲是否可接受。有些運放有低噪聲特性。同樣,使用盡可能低的電阻值也可以降低熱噪聲的成分。
(5)供電電源考慮 大多數集成運算放大器要求用對稱電源,一般是從±5v到±18v。實際電壓值并不重要,運算放大器的輸出幅值必須小于電源電壓幾v,才可避免輸出波形削斷。當然,電源也不能超過其額定值。cmos類型運放可以有軌到軌的輸出范圍,并可以在單電源下工作。實際上,運放的供電電壓并不一定必須是雙極型或者對稱的。一個運放±10v的供電電壓等同于一個運放負供電端接地、正供電端接+30v的單30v供電。輸入端必須偏置在放大器的共模范圍內。然而,由于大多數信號都在參考地電位上下變化,對地對稱的雙電源供電因不需要偏置而很方便。使用低至±1.5v!的供電電壓的運放由于可以在電池供電下工作,也被稱為單供電器件。
為了確保穩定,正負電源對高頻必須有充分的旁路接地。大多數情況下,選擇0.1μf的 陶瓷電容或10μf的鉭電容。當然期望使用穩壓電源,但并不是必須的。大多數放大器的電源靈敏度的典型值為3oμv,即供電電源變化1v所引起的,折算到放大器輸入端的電壓變化僅有3oμv。
圖3 單電源工作的濾波器設計
歡迎轉載,信息來自維庫電子市場網(www.dzsc.com)
(1)直流失調 圖1所示的一個反相放大器附加有兩個偏流i.ia和ib以及輸入失調電壓vdc。雙極晶體管輸入級需要從輸入端吸收一些電流才能工作。而cmos類型輸入級有更高的輸入阻抗,吸收的偏置電流很小,但失調電壓較雙極類型的高。
輸入失調電壓導致輸出失調電壓的產生,此電壓等于vd乘上閉環增益。vdc的極性是隨機的,其典型值一般小于10mv。
兩個偏流電流大致相等,但仍稍有差別,即存在失調電流io。圖1電路中,io在輸入端產生一個附加的誤差電壓,其值為iareq,此處
同相輸入端的偏移電流ib沒什么影響,為了減小ia的影響,必須避免使用高值的req。
圖2是一個更常見的電路,它在同相端與地之間引入了一個阻值為f.的電阻,它不影響總增益,但它可以把等于ibreq的直流失調電壓引到同相輸入端。因為此放大器是一個差動裝置,由失調電流引起的純誤差電壓為(ia—ib)req即ioreq.又因為ia和ib的典型值為80na,凡在200na的范圍內,所以可以減小為原來的1/4。
圖1 帶失調的反相放大器
圖2 偏置電流引起直流失調的最小化
在圖3所示的同相放大器電路中,比值r2/r1由增益公式(10.13)決定。但實際上r1和r2幾乎可為任意值,且可以按其并聯電阻req近似等于同相輸入端的直流負荷,即所有并聯在同相端與交流地之間電阻的方式選擇。
通常,對于中等的閉環增益或交流耦合電路,直流失調的影響小。在一些重要的應用中,例如用于恢復低電平直流成分的精密有源低通濾波器中,可采用上面討論的方法。一些放大器備有直流失調調零輸入端。
(2)帶寬和增益 帶寬通常用開環增益等于1的頻率,即單位增益帶寬給出。由于增益是1,這個數值也是增益帶寬積。根據經驗,帶寬至少應該是最高工作頻率的lo倍。開環增益應該比要求的閉環增益高至少20db,以降低放大器本身的限制。然而,過高的增益或者帶寬可導致放大器對pcb版布局布線的靈敏度和對電抗負載的不穩定性。對大多數應用,許多通用的中等增益和有限帶寬放大器是最適合和魯棒性最好的。
(3)擺率限制 用一個運算放大器來輸出一個大振幅的高頻正弦波時,其輸出接近一個 三角波。這種現象稱為“擺率限制”,該三角波的斜率被稱為“擺率”。根據放大器類型的不同,典型值從1~100v/μs不等。如果輸出電壓的峰-峰值小,則擺率的影響也小。如果補償在外部,對給定的閉環增益使用所需要的最小頻率補償也能夠擴展頻帶。
(4)噪聲 在運算放大器的輸入端有兩個等效的噪聲源:噪聲電壓和噪聲電流。典型的 噪聲電壓和噪聲電流分別在;噪聲電流乘以運放輸入端的戴維南等效電阻轉換為電壓。兩個噪聲源都通過整個電路,包括與頻率有關的反饋元件的傳遞函數反映到運放的輸出端,以決定噪聲是否可接受。有些運放有低噪聲特性。同樣,使用盡可能低的電阻值也可以降低熱噪聲的成分。
(5)供電電源考慮 大多數集成運算放大器要求用對稱電源,一般是從±5v到±18v。實際電壓值并不重要,運算放大器的輸出幅值必須小于電源電壓幾v,才可避免輸出波形削斷。當然,電源也不能超過其額定值。cmos類型運放可以有軌到軌的輸出范圍,并可以在單電源下工作。實際上,運放的供電電壓并不一定必須是雙極型或者對稱的。一個運放±10v的供電電壓等同于一個運放負供電端接地、正供電端接+30v的單30v供電。輸入端必須偏置在放大器的共模范圍內。然而,由于大多數信號都在參考地電位上下變化,對地對稱的雙電源供電因不需要偏置而很方便。使用低至±1.5v!的供電電壓的運放由于可以在電池供電下工作,也被稱為單供電器件。
為了確保穩定,正負電源對高頻必須有充分的旁路接地。大多數情況下,選擇0.1μf的 陶瓷電容或10μf的鉭電容。當然期望使用穩壓電源,但并不是必須的。大多數放大器的電源靈敏度的典型值為3oμv,即供電電源變化1v所引起的,折算到放大器輸入端的電壓變化僅有3oμv。
圖3 單電源工作的濾波器設計
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