运算放大器系列(二)

拿到一个信号打算放大的时候,第一反应一般都是运算放大器。通常一块增益带宽积在20M以下的运放就能够满足你的需求了,这次主要分享一下增益带宽积在20M以下的运放的重要参数以及挑选。

半导体公司比较知名的有意法半导体公司,恩智浦,美国国家半导体公司(应该是这么翻译的)还有TI。TI,德州仪器,是全球知名半导体品牌,做军工类产品起家,现转入民用器件的生产及配套设计。我比较喜欢这家公司的产品,所以主要讲一下怎样在TI淘到一款你想要的运放。

首先我们需要先了解一下运放的一些参数

  1. 增益带宽:

信号的增益与测试点频率的乘积

这是挑选运放的重要参考指标

右侧为带宽22M Hz的运放对于220K Hz信号的增益与相位差图像

  1. 摆速:

决定输出电压的峰值。峰值等于摆速除以2π与频率乘积。挑选运放的又一重要参考指标

由内部补偿电容决定。此电容使得电路更稳定。没有这个电容会得到更快的摆速,但同时需要采取其他措施保证电路的稳定。

  1. 输入失调电流:

输入偏置电流是由于运放两个输入极都有漏电流的存在。可以理解为,理想运放的各个输入端都串联进了一个电流源,并且电流值一般不相同。也就是说,实际的运放,会有电流流入或流出运放的输入端的(与理想运放的虚断不太一样)。那么输入偏置电流就定义这两个电流的平均值,这个很好理解。输入失调电流呢,就定义为两个电流的差。

输入偏置电流会流过外面的电阻网络,从而转化成运放的失调电压,再经运放话后就到了运入的输出端,造成了运放的输入误差。这也就是在反向放大电路中,在运放的同相输入端连一个电阻再接地的原因。并且这个电阻要等于反向输入端的电阻和反馈电阻并联后的值。这就是为了使两个输入端偏置电流流过电阻时,形成的电压值相等,从而使它们引入的失调电压为0。

  1. 总谐波噪声:

噪声和失真是工程师在设计高精度模拟系统常见的两个令人挠头的问题。但是,当我们查看一个运算放大器数据表中的总谐波失真和噪声 (THD+N) 数值时,也许不能立即搞清楚哪一个才是你要应对的敌人:噪声还是失真?

“噪声”描述的是由放大器产生的随机电信号。“失真”是指由放大器引入的有害谐波。谐波是频率为输入信号频率整数倍的信号。由于输入信号的频率不影响噪声电压,噪声优势频率上的THD+N测量值在是扁平的。另一方面,失真谐波的幅值会随着信号幅值的变化而变化。一旦曲线偏离恒定向下斜坡,我们就会知道失真谐波正在影响THD+N测量值。了解噪声或失真是否会限制你的系统性能对于找到一个工程设计解决方案十分关键。掌握某些基本手算结果,并且能够看懂数据表THD+N图,你就可以迅速确定谁是罪魁祸首了。

  1. 输出电阻:

运放的输出可视为一个受控电压源串联了一个电阻。Ro是运算放大器的开环输出电阻。放大器后面接的负载的阻抗要与闭环输出电阻相同或者共轭(因为电感电容会引起相角的变化,所以阻抗一般采用复数表示)。闭环输出电阻与放大电路的环路增益有关,有兴趣者可以查阅相关资料,这里就不再赘述了。

  1. 摆幅:

输出最大电压与最小电压的差值。有一种输出叫做轨到轨输出,也就是输出范围是你供电电压的范围,一般情况下摆幅是供电电压上下限减加1.5V左右。

看了这么多参数我们再看一下TI列出的参数选项

 

 

这里面包括了供电电压,增益带宽积,摆速,轨到轨方式,输入失调电压,工作环境温度甚至芯片的封装,有了这些,你的对运放进行初步筛选。

之后还可以通过芯片手册的综述部分了解运放进一步的参数,根据自己的需求再最终决定使用哪款芯片。

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