运放的参数与选择——以LM324为例

 运放参数

1.极限参数

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(中文版本)

运放的参数与选择——以LM324为例_第2张图片

值得注意的点:Vcc 32指压差32V,双电源时两端最大+-16V

2.常规参数

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输入失调电压 Input 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。运放的输入失调电压来源于运放差分输入级两个管子的不匹配,因为受工艺水平的限制,这个不匹配是不可避免,所以为了使运放的输出电压等于 0,必需在运放两个输入端加一个小的电压以达到平衡,而这个需要加的小电压即为输入失调电压 Vos


输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂):输入失调电压的温度漂移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/℃。


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,同时也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。


输入偏置电流的温度漂移(简称输入偏置电流温漂):跟输入失调电压温漂一样,因为温度的影响造成电流大小漂移,后面结合曲线图来分析


输入失调电流 Input offset current:定义为两个差分输入端偏置电流的误差。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。由于工艺上很难做到两个管子的完全匹配,所以这两个管子Q1和Q2的基极电流总是有这么点差别(可以看下上面图二的结构),也就是输入的失调电流。注意区分输入偏置电流,后面说
共模输入电压:指运放正常工作时输入电压的范围,如输入电压过高或者过低,会造成运放电路的不同的MOS管进如线性区,从而使电路不能正常的工作。其中,最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围,在有干扰的情况下,需要在电路设计中注意这个问题。

3.重要的交流参数

增益带宽积(GBP)
当运放的输入信号为小信号时(Vpp 在 1V 以下的信号),运放的增益带宽积这个指标十分重要,因为它反映了当运算放大器在小信号环境下应用时,电压反馈运算放大器的带宽和增益的乘积为一个固定的值。注意对电流反馈的运算放大器来说,是不存在增益带宽积这个概念的。

压摆率(转换速率):运放的压摆率(SR)是与运放的增益带宽积(GBW)同等重要的一个参数;可以理解为,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输出信号的最大变化速度;反映的是一个运算放大器在速度方面的指标,表示运放对信号变化速度的适应能力,是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标,对于一般运放转换速率 SR<=10V/μs,高速运放的转换速率 SR>10V/μs。目前的高速运放最高转换速率 SR达到 6000V/μs。这项参数用于大信号处理的运放选型。

建立时间(Setting Time)
建立时间,或上升时间,也是显示运放高速特性的重要参数,它是指当运放输入一个小信号的阶跃信号时,输出达到指定误差范围内为止的时间。通常误差都指定为到 0.1%或0.01%。

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上图为建立时间的一个理论示意图。举个例子,当运放用作 ADC 的前级缓冲时,如果运算放大器的建立时间超过了 ADC 的采样时间,显然 ADC 采到的很难是我们所期望得到的值。例如对于 12 位的 ADC 来说,如果目标是一个 0- 1V 的方波信号,为了达到12 位的精度,当采集高电平时,会要求运算放大器在 ADC 的采样时间内稳定到 1V 正负1LSB 的范围内,在这里也就是 1V 正负1/212V。可见, ADC 的速度越高,对运算放大器建立时间的要求也就越高。另一个例子是当运算放大器不稳定时,输入阶跃或方波时在输出的上升沿会观察到大量的振铃和过冲,这会大大增加运放的建立时间,甚至导致电路不能正常工作。
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运放分类

  • 通用运放:通常性能比较平均,没有突出地优点,价格较低,适合通用地应用场景,如op07、lm358、LM324
  • 精密运放:具有微小输入失调电压、微小偏置电流、低噪低功耗,拥有优秀的直流交流特性,如OP07、OP17、OP27、OP37、OPA637, OPA627
  • 高速运放:高速放大器有两个重要指标,带宽和压摆率,带宽决定了小信号通路时放大器的速度,而压摆率主要决定在大信号通路时放大器的速度,高速放大器具有优越的高速性能,如LM318、AD8052、opa690、OPA656U、OPA657、THS4631
  • 差动放大器:集成差动放大器将电阻网络放在运放内部,常用于许多传感器地信号放大,如INA143
  • 仪表放大器:一般具有低功耗地特性,如INA128
  • 压控放大器:可以通过外部输入的电压来调节放大倍数,如VCA810、VCA820
  • 高压放大器:如SG1

 参考资料

原文链接:https://blog.csdn.net/qq_42992084/article/details/103623073
原文链接:https://blog.csdn.net/physicsexpert/article/details/130417648

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lm324.pdf?ts=1697094990197&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com.cn%252Fproduct%252Fcn%252FLM324

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