运放参数及指标定义详解

1、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。培根学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。 培根学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹运放主要指标及定义: 单位增益带宽定义为：运放的闭环增益为1倍条件下，将一个包幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db （或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指 标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益 的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益后，可以计算出单

2、位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。例：某个运放的增益带宽=1MHz若实际闭环增益=100,则理论处理小信号的最 大频率=1MHz/100=10KH z转换速率（也称为压摆率） SR运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间，运放的输入级处于开关状态由于一个大信号（含阶跃信号）接输入端，运放输入级电路迅速从截止状态变成饱和状态， 处在放大状态的时间几乎忽略不计，简称处于“开关状态”,所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处 理是 一个很重

3、要的指标，对于一般运放转换速率 SR10V4i s。目前的高速运放最高转换速率 SR达到6000V/pS。这用于大信号 处理中运放选型。全功率带宽BW全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个包幅正弦大信号输入到运放的输入端， 使运放输出幅度达到最 大（允许一定失真）的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地， 全功率带宽=转换速率/2 TtVop （Vop是运放的峰值输出幅度）。全功率带宽是一 个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。建立时间：在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大信号 输入到运放的输入端，使运放/&出由0增加到某一给定值

4、的所需要的时间。由于 是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一定抖动， 这个抖动时间称为 稳定时间。稳定时间+上升时间二建立时间。对于不同的输出精度，稳定时间有较 大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标，用于大信号 处理中运放选型。等效输入噪声电压：等效输入噪声电压定义为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放输入噪声电压（有时也用噪声电流表示）。对于宽带噪声， 普通运放的输入噪声电压有效值约 1020卜V。差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：差模输入差模输入是指正负输入端之间的电压差，共模输入是

5、指正负输入端分别对地电压。 阻抗定义为，运放工 作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。 差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容， 在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于 10 兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于 109 欧。输出阻抗： 输出阻抗定义为，运放工作在线性区时 负反馈才能工作在线性范围， 输出不饱和就是在线性范围。 积分电路在线性范围， 而矩形波电路 （正反馈）输出不是正饱和就是负饱和， 一定是非线性的。 在开环的情况下， 放大器放大倍数很大，很容易超范围，所以一般接负反馈降低放大倍数，以增

6、大线性区。 ，在运放的输出端加信号电压， 这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。 在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。输入失调电压VIO（input offset voltage） ： （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。）输入电压为零时，将输出电压除以电压增益， 再加上负号， 即为折算到输入端的失调电压。 亦即使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。VIO是表征运放内部电路对称性或者反映了输入级差分对管的失配程度，一般 Vos约为（110） mV高质量运放Vos在1mV以下。输入失调电压温漂： 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之

7、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。一般情况下约为（1030）uV/摄氏度，高质量的可做0.5uV/C（摄氏度）。输入失调电流IIO（input offset current） ： （ 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。 ） 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，II0 =|IB1 IB2。用于表征差分级输入电流不对称的程度。通常，Ios为（0.55） nA,高质量白可低于1nA输入失调电流温漂： 在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量 与温度变化量之比值。 它是指 II0 在规定工作

8、范围内的温度系数， 也是衡量运放受温度影响的重要指标，通常约为（150） nA/C,高质量的约为几个pA/Co开环差模电压增益（open loop voltage gain） ： 运放工作于线性区时，运放输出电压与差模电压输入电压的比例。 由于差模开环直流电压增益很大， 大多数运放的差模开环直流电压增益一般在数万倍或更多， 故一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的差模开环直流电压增益在80120dB之间。共模抑制比 （common mode rejection ratio） ： 是指差分放大器对同 时加到两个输入端上的共模信号的抑制能力。 更确切的说是， 产生特定输出所需输入的共模电压与产生同

9、样输出所需输入的差分电压的比值， 常用分贝数来表示。KCMR=20lg（Avd/Avc）（dB） 它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数。具值越大越好。通常KCMR勺为（70100）分贝，高质量的可达 160分贝。 共模抑制比计算：当输入均是Vtm时，输出Ym的电压值是：差分输入电压Vi时:共模抑制比是;邑0 + 3组尼斑一号氏从公式可以看出，CMRR与放大器的增益和频率无关。如果R3=R4, R2= Ri,共模抑制比会无穷大。差模放大倍率为1的情况为R3=R4=R2= Ri在实际电路设计中，可以使用高精度万用表测出低漂移的电阻，使得R1=R2, R3=R4 ，这样

10、，可以是运放的共模抑制比大幅度提升。输出峰-峰值电压：当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前大电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度。 除低压运放外，一般运放的输 出输出峰-峰值电压大于土 10V。一般运放的输出峰-峰值电压不能达到电源电压， 这是由于输出级设计造成的，现代部分低压运放的输出级做了特殊处理，使得在10K负载时，输出峰-峰值电压接近到电源电压的50mVtZ内，所以称为满幅输出 运放，又称为轨到轨（raid-to-raid ）运放。注意的是，运放的输出峰-峰值电 压与负载有关，负载不同，输出峰-峰值电压也不同；运放的正负输出电压摆幅 不一定相同。对于实际应用，输出峰-

11、峰值电压越接近电源电压越好，这样可 以简化电源设计。但是现在的满幅输出运放只能工作在低压，而且成本较高。运放闭环增益: 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。培根学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。培根学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹一般放大器的分析都是基于交流反馈进行，这是方便分析电路的稳定和噪声的影 响。通常将具体的交流负反馈放大电路用方块图表示。 这是因为无论哪种交流负反馈放大电路，它们都是由放大通路和反馈通路两部分组成，如图 2.6所示: TOC o 1-5 h z Xi 侍)X蜀Xo(s)唾

12、一: A(s) *XI*图工6负反俄方枢图由此，可以打山坏的增新 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document A(s)=X(s)当1+A(s)F(s)l时，HAs)Al时，则As 尸 A(s)/(1 +A(s)F(s) % 1 /F(s)iZ2)式22说明，这时闭环增益As)儿乎只取决于反馈系教F(s),且与开环憎薪A(5)的具 体数值无关。此时+我们称放大器为深度负反馈.众所周知，集成运算放大器的开环增益 若是足纺大的.那么很容易引入深度负反馈.当1 + A(s)F(s) A(s)。说明在这种情况下，形式上的负反馈 已经转化为实质上的正反馈，正反馈使增

13、益变大。当1 + A(s)F(s)=0时，则Af(s)为无穷大。这说明在没有外加输入信号时， 也会有输出信号。这种现象称为反馈放大电路的自激振荡现象。对于放大电路而言，自激振荡破坏了正常的放大工作状态，因此，反馈放大电路必须避免出现自激振荡。通常，1+A(s)F(s)称为负反馈放大电路的反馈深度。般情况下，放大器处于深度负反馈。此时，放大电路的闭环增益为l/F(s)。但在实际中,很少去算l/F(s)的，而是根据深度负反馈的虚短“、虚断”的概念进行计算。深度负反徜时,1 + A(s)F(s)l ,则必然A(s)F(s)l T而 A(s)l(s)=X1(s)/Xti(s)， Xi(s)-X+X&s

14、)所以在 深度负反馈条件卜. X(s)XXs)- X,(s)-Xi(s)n对于深度小联负反馈，则有I；6尸Ui(s),对干深度并联负反馈则有Xs产1小)、如图2.7所示图二二虚短、虚断示意图U加在同相榆入端，同相输入端电压U*=Ui,反馈电压u瓶在反相输入端，反相输 入端电压U-=Ue，RUiUn故U,仁U、可见，此时集成放大器两个输入端之间近似 起路,但不是典正的也路.这种似短笄m丈引也路的情况称为“中坦弟筒称“由短 ” n父因集成放大器的差模输入电阴号盘大，所以在UILU40时.还可以近似 认为流入集成放大器同相输入端电流I卜和流入反相输入端电流都近似为零，但乂不是真正 的断路,高称父虚断

15、”.丁根据这两点可以很方便地算出限然器&国海1#瑜L箫要注意一点，在计算中. 大家采用拉氏变换.即采用畲寇分算的表达式，这样，电容的阻抗乙一1/(sC%电感 的阻抗ZlL如图2.7所示，由于虚断,可以认为U-,R=(UU-y(R，Z)n其中RJ/乙表示 R和Zc并联.由于设短，Ui=U+=Ur所以有:Ui/Ri=(UQ-Ui)/(Ri：/sC4RrHbsCf).放大器稳定性的分析，都是基于式2.1的。一般是应用放大器的频率响应，借助波特图进行分析的。放大器对不同频率的正弦信号的稳态响应称为频率响应。放大器的频率响应可直 接由放大器的放大倍数对频率的关系来描述，即A3)N4(3)(i.4)其中A

16、4 3)表示电压放大倍数的嘤与频率I的关系，林为幅顿响成，而力( 3)费示 放大器输出电压与输入电压之间的相位差与舞军的关系,称为相频响质.两者综合起来可 全面表征故大器的颗率响应 通常，帼频鹿采用分贝表示放大倍数,它和相抵响应分别 会在两张半时数坐标跟上斗这种半时数坐标国，就是酒率聚用对数分度，而幅值(以 UB表示的电田塔就)或相角则第用践”分度 这两米频率响成曲城图称为时数师村可欣 或波利图、实际运用中.波特图不用逐点描绘曲线，而是军用折线近似.从前面的分析中，可知1+AGF(s)=O时,放大电曙会发生自微振渊.放大黯 稳定性分析.就是分析1+A(；i)FG)是齿等于，或小于)J格拉氏支赛

17、技操为博式变 换，即用j s代替学步人表达式中即可.自型如藩睛，A。3F(j 3)=1、这有两个条 件一是| A(j 3)F(j )网了4乙-少Mj栩Hj 3尸)：因此.门激服濡或正反惊袤现在波特图上即幅题嗝应图中.20lg I A(j)I利 201g I F(j 3)|曲线相交时,对阿频率处的相ftjW/XO * .下面於用折线法叫!出图2.7电路的波特图,如图工X所不：由于一股情况下.RrRA ,所以F(sHRRJUfIM)现分析嗝地响|也近憾3出201g | F(j娟)|的曲线,根据式工3,可用201g | F(j s) | =-20为 | R，R，(1 Yj | ,20g | F(j

18、a) | 七一20亚 | R/Ri L当 saLRQ耐，201g | F(j s) | 上一201g I RjR(i oRrCf) I因此，在波特图中，时，201g I F(j cj ) |表现为一条直线， 3LRfCr时，201g I F(j c) |表现为一条斜线相交点的频率底为g = 1/R(Ch如图2%所示。同样的道理巧ZF(j 3)一/ R/Ri=0,当 3 A甲甲r. Dz3w. Com时.ZFO g)=/RhR(j qRq)=19。，当g=LRC时，ZF(j0) = 一45.但是.在分析稳定时,主要是检查/A(j s)Fj这就要知道放大器的 开环增益的幅频曲线，这一般可以从器件喷料中杳到、举例而言.我们假设某一放大皤 的开环通空如