TI 运放放大器

1、运算放大器的指标运算放大器的指标1电源电源监视显示存储电源分配数据传输传感器信号调理信号调理DSP/C模拟输出/激励ADCDAC信号调理信号调理运算放大器在电子系统中的位置运算放大器在电子系统中的位置3运放运放+外部分立元件外部分立元件 =放大器 : 改变信号的幅度缓冲器: 隔离输入和输出，阻抗匹配（高输入阻抗，低输出阻抗）滤波器: 滤除不想要的频率分量：噪声和干扰各种运算功能: 积分，微分，乘法，对数，等等VCC+_ZINZFB运放的功能运放的功能4运放应该关注哪些指标运放应该关注哪些指标4了解运放的对外接口 - 正负端输入正负端输入 - 供电管脚供电管脚 - 输出管脚输出管脚输入端口相关的

2、指标 - 输入阻抗 - 带宽 BW - 偏移电压 offset voltage - 偏置电流 bias current - 输入电压范围 - 噪声特性输出端口相关的指标 - 输出的驱动能力 - 输出电压范围 - 压摆率 slew rate供电相关指标 - 供电电压范围 - 静态电流附加的功能管脚5输入端口相关的指标输入端口相关的指标 - 输入阻抗输入阻抗 手册中的截图，关键字（impedance, resistance） 选择运放输入阻抗时要考虑到被放大对象（信源）的内阻。运放的输入阻抗要远远大于信源内阻。例如信源内阻为10K，则需要选择100K以上的输入阻抗才能达到90%的精度，要达到99%

3、的精度则要选择1M以上的输入阻抗。 两个不同输入阻抗的运放对比 OPA211 双极型输入 OPA140 FET输入5输入端口相关的指标输入端口相关的指标 带宽带宽 手册中的截图，关键字（frequency response, GBW, bandwidth） 对于宽带的运放，由于类型不同如VFB和CFB的，还会给出不同增益下的带宽，用于说明带宽随增益变化的规律。 OPA691 电流反馈型(CFB) OPA830 电压反馈型(VFB)67输入端口相关的指标输入端口相关的指标 带宽带宽GBP (Gain Bandwidth Product) VFB 类型的运放受增益带宽积的限制 Gain * Ban

4、dwidth = GBP 例如 a) 带宽为1MHz GBP的运放 b) 在100倍增益情况下只有10KHz带宽 注意：在电流反馈运放（CFB）中不受增益带宽积限制。输入失调电压输入失调电压 （Input Offset Voltage）和）和输入偏置电流（输入偏置电流（Input Bias Current）直流指标，对运放直流精度的影响最为直观失调电压 因同相端和反相端失配而产生的输入级固有电压差，越小越好偏置电流 输入级为了能正常工作而对输入晶体管进行偏置所需要的基极电流（BJT）或栅极电流（JFET），可能流入（npn BJT或p沟道JFET）或流出（pnp BJT或n沟道JFET）运放的

5、输入引脚，越小越好R2-+R1R3ib-DVOSib+VS-VS +VIN setto 0 VVe=Vos*Gain+Ib*Rs*Gain失调电压VOS是针对V+和V-之间的固有电压差；偏置电流IB针对V+和V-单个引脚而言，IB+和IB-；失调电流IOS是等于IB+-IB-；对于一些没有内部偏置电流调零电路的运放来说， IOS可以比IB小10倍以上；对于有调零电路的运放来说，两者几乎相等。9输入端口相关的指标输入端口相关的指标 失调电压失调电压 手册中的截图，关键字（offset voltage） 失调电压指标在高倍放大的精密电路中最为重要。偏移电压被放大后直接影响电路检测微弱信号的精度。偏

6、移电压因同相端和反相端失配而产生的输入级固有电压差，越小越好。 虽然失调电压可以调节，但是如果是批量生产将极大的降低效率，并且还要注意失调电压随温度的变化，精密运放的这个变化是很小的。 例如OPA333的失调电压极小超低功耗超低功耗: 25A (max)低失调低失调: 10V (max)低温漂低温漂: 0.05V/C (max)低噪声低噪声: 1.1 VP-P带宽带宽: 350kHzRail-to-Rail 输入和输出输入和输出1.8V to 5.5V 供电供电910输入端口相关的指标输入端口相关的指标 偏置电流偏置电流 手册中的截图，关键字（bias current） 偏置电流在对高阻信源放

7、大时非常重要。因为偏置电流乘以高阻可以产生很大的误差电压。例如20uA的偏置电流，在100K电阻上产生的电压为2V，放大倍数稍大就可以使运放饱和。 OPA691的偏置电流，双极型输入高速放大器 OPA656的偏置电流，FET输入高速放大器1011输入端口相关的指标输入端口相关的指标 偏置电流影响仿真偏置电流影响仿真 OPA691的偏置电流在uA级别，双极型输入 OPA656的偏置电流在nA级别，FET输入1112输入端口相关的指标输入端口相关的指标 输入电压范围输入电压范围 手册中的截图，关键字（input voltage, range, ） 输入电压范围在将运放用于单电源供电时要特别注意。因

8、为： 1、单电源的VCC和GND之间的电压差较小，输入不是轨到轨的话将限制输入电压的范围。 2、信源用GND作为参考，当输入小信号或者信号中直流分量小的时候，就相当于输入逼近GND电源轨，如果不满足输入调件将不能正常工作 OPA365轨到轨运放的输入电压范围 OPA335的输入电压范围能达到负电源轨，达不到正电源轨。12输入端口相关的指标输入端口相关的指标 输入电压范围输入电压范围轨到轨输入和输出运放：如OPA365，输入和输出摆幅都能非常接近供电电源轨. 但也不能完全达到。在差分输入端使用互补的N和P型器件。当共模输入电压达到任意一个电源电压，至少有一个差分输入端仍然处于激活状态。轨到轨输出

9、运放：如OPA335，输出摆幅可以非常接近供电电源轨. 但不能完全达到。输入在高电平处需要1.5V的净空。TI的LinCMOS运放使用P沟道CMOS作为输入，衬底被连接到正电源电平。因此一个导电通道被创建使VG + VTH SR needs 30V/uS 5Vpp = SR needs 300V/uSGBW = 280MHzSR = 240V/uS22ppppSlewRateBandwidthVSlewRateVBandWidth500mVpp5Vpp供电相关的指标供电相关的指标 供电范围和静态电流供电范围和静态电流 手册中的截图，关键字（power supply, quiescent cur

10、rent） 供电电压可以看出器件是否适合在单电源低电压下使用，静态电流可以看出器件是否适合在低功耗应用中使用。 OPA4xx: 宽供电范围， up to 100V，输出电流至50mA OPA3xx: CMOS, =5.5V,精密,直流特性出众,轨到轨,低噪低功耗 LPV521最低功耗运放，静态电流小于1uA22MDAC 实现信号衰减实现信号衰减40964096REFFBFBREFVCodeVoutRRRRCodeVoutV 18V, 10MHz18V, 10MHz24MDAC用作程控增益用作程控增益40964096REFFBFBREFVVoutCodeRRRRVoutVCode 单电源供电运放

11、单电源供电运放 运放的电源轨：V+和V-，当V-接地时，运放即为单电源供电。 所有的运放都可以在单电源供电下工作，只要数据手册没有说不可以。 现在，单电源供电的运放在手持设备，低电压设备和ADC驱动中非常常见。 单电源运放的设计要点是偏置电压的设定双电源供电的一个例子：双电源供电的一个例子：OPA735VS+ = 5V，VS-=-5V 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vout = 1V to -1V, 正弦波正弦波Vin和和Vout为为180度反向度反向Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinRf 10kOUTRL 10kV+ 5+Vin 0Rg 10kV-

12、-5+-+U1 OPA735双电源供电的一个例子：双电源供电的一个例子：OPA227VS+ = 5V，VS-=-5V 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vout = 1V to -1V, 正弦波正弦波Vin和和Vout为为180度反向度反向Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinRf 10kOUTRL 10kV+ 5+Vin 0Rg 10kV- -5-+U1 OPA227错误的单电源供电错误的单电源供电1：OPA735VS+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vout = 1V to 0V, 正半周

13、的正弦波正半周的正弦波仅有正电源供电，无法输出负半周仅有正电源供电，无法输出负半周Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinRf 10kOUTRL 10kV+ 5+Vin 0Rg 10kV- -5+-+U1 OPA735错误的单电源供电错误的单电源供电1：OPA227VS+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vout = DC, 因为因为OPA227不是轨到轨输出运放，不是轨到轨输出运放，输出为其能输出的最小电压输出为其能输出的最小电压Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg 10k-

14、+U1 OPA227错误的偏置电压提供：错误的偏置电压提供：OPA735VS+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vref=V+/2，直接加在同相端，直接加在同相端由叠加原理知道：由叠加原理知道：Vout = 10V 1V 实际上实际上Vout = 9V to 10V, OPA735无法输出大于供电电压的部分无法输出大于供电电压的部分只能输出失真的负半周正弦波只能输出失真的负半周正弦波Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinVrefVrefRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg 10k+-+U1 OPA735V2 5

15、错误的偏置电压提供：错误的偏置电压提供：OPA227VS+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vref=V+/2，直接加在同相端，直接加在同相端由叠加原理知道：由叠加原理知道：Vout = 10V 1V实际实际Vout = DC, OPA227非轨到轨输出非轨到轨输出输出为输出为OPA227能输出的最大正向电压能输出的最大正向电压Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinVrefVrefRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg 10kV2 5-+U1 OPA227正确的偏置电压提供：正确的偏置电压提供：DC耦合耦合1VS

16、+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vref=V+/2，同时加给输入信号和同相端，同时加给输入信号和同相端由叠加原理知道：由叠加原理知道：Vout = 2Vref (Vin+Vref) = V+/2 -Vin 波形将以波形将以5V为中心，上下摆动，为中心，上下摆动，对于对于10V供电的运放来说，供电的运放来说，可以获得最大的输出动态范围可以获得最大的输出动态范围Vs-Vs+Vs+Vs-VrefVrefVin+VrefVin+VrefVrefRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg 10k-+U1 OPA227V1

17、 5正确的偏置电压提供：正确的偏置电压提供：DC耦合耦合2VS+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1，增益，增益NG=2Vin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vref=V+/2NG，加给同相端，加给同相端由叠加原理知道：由叠加原理知道：Vout = NG*Vref (Vin+Vref) = V+/2 -Vin 波形将以波形将以5V为中心，上下摆动，为中心，上下摆动，对于对于10V供电的运放来说，供电的运放来说，可以获得最大的输出动态范围可以获得最大的输出动态范围Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinVrefVrefRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg

18、 10kV2 2.5-+U1 OPA227正确的偏置电压提供：正确的偏置电压提供：AC耦合耦合VS+ = 10V，VS-=GND 信号增益信号增益G=-1，直流信号的噪声增益，直流信号的噪声增益NG=1反相端的反相端的C1对于直流电平对于直流电平Vref来说有无穷大来说有无穷大的阻抗，所以的阻抗，所以RG=C1+Rg为无穷大，为无穷大，由叠加原理，由叠加原理，Vref对对Vout的贡献为的贡献为Vref*(1+Rf/RG)=VrefVin = -1V to 1V, 正弦波正弦波Vref=V+/2，加给同相端，加给同相端, 再次通过叠加原理再次通过叠加原理Vout = Vref Vin = V+/2 -Vin Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinVrefVrefRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg 10kV2 5-+U1 OPA227C1 68n同相放大器的例子：同相放大器的例子：DC耦合耦合1Vs-Vs+Vs+Vs-VinVinVrefVrefRf 10kOUTRL 10kV+ 10+Vin 0Rg 10k-+U1 OPA227V1 5R1 10kR2 10kVout = (Vref/2)*2 + 2*(Vin