运放,一分钟快速上手(三)

上两章中我们通过虚短虚断这两个概念进行了一些典型电路的推算,这章我们就选择运放时应该考虑什么参数来展开,会有少些的枯燥,不用强记下来,可以在用的时候再翻看即可!

在实际使用运放的时候往往得出的结果都会与理论计算的值有所出入,这是因为我们在计算的时候都是按照理想的状态下进行的,但运放本不是一个理想的器件,所以我们很有必要了解一下运放的一些关键参数!

一般来说,运放的一些重要的参数都会标在规格书的首页,如下图所示:

除了一些关键的参数之外,我们在选型的过程中还需要关注工作电压范围,内置的运放个数,还有封装的大小,以及价格等等,这些我们暂不讨论。

一:失调电压(Vos)

直白的意思就是,把输入端全部接GND,那理想的运放输出端应该为0,但实际的运放输出不为0,如下图1所示:

图1

图2

从图2中我们可以看到失调电压Vos才5mV,这么小是不是可以忽略呢?

假如运放的放大倍数是100倍,输入的信号是10mV的,那这个信号经过运放放大后就是1000mV,但同时失调电压5mV也被放大(虽然放大的倍数不一定是100倍),但对于mV级别的采集信号来说是致命的。

产生这个差异的主要原因是运放内部的器件存在不对称性,制作工艺等。

当然同时也会受到温度和电源波动的影响。

就拿同向放大器来说,输出会直接受到影响,如下图所示:

输出公式应该是:Vout=(Vin+Vos)(R1+R2)/R2

二:输入失调电流Ios和输入偏置电流Ib

图3

前面两章我们说过虚断的意思,理论上是流入到+和-端的电流应该是一致才对,但是实际的运放并不是这样的,+端和-端都会有少许的电流输入或者输出并且两端都会存在差异,所以才会有失调电流Ios和偏置电流Ib这两个参数。

假设流入到+端的电流为Ib+,流入到-端的电流为Ia-,则得到如下:

失调电流,Ios=Ib+-Ia-

偏置电流:Ib=(Ib++Ia-)/2

这两个参数同样会直接影响到输出。

三:转换速度SR(也称压摆率)

理想的运放,理论上输出信号和输入信号是完全能对应上的,但实际的运放是存在转换效率的限制的,从而使输出信号和输入信号存在微小的差距,这个在输入信号速率提高的时候会表现得更加明显。

SR的大小直接影响到输出信号的上升沿和下降沿的时间。

简单的说SR就是运放的速度。

压摆率的数学计算定义:SR=2×pi×f×Vpk(f为最大频率,VPK是放大信号的最大峰峰值)

故在选型的时候,需要评估SR是否满足输入信号的频率,不然会存在输出信号失真的情况。

四:温漂(ΔVos/ΔT)

温漂主要影响的是失调电压,也就是说失调电压会随着温度的变化而变化。

五:增益带宽积GBP或者GBW

顾名思义GBP就是运放的开环增益和宽带的一个乘积,他是一个定值。

GBP等于开环放大倍数*频率     GBP是衡量运放性能的重要参数。

GBP=FH*AM(FH为运放增益为-3db时的宽带)。

故在选择运放时需要考虑输入信号的频率和增益之间的关系,简单的理解就是高频信号的增益不是一直不变,会受到这个GBP的影响,所以在选择运放时需考虑GBP是否满足项目要求。

六:共模抑制比CMRR

CMRR在差分放大器中异常重要,CMRR直白的意思就是理想运放对共模信号放大倍数为0,仅仅只对差模信号有放大效果,但实际的运放对共模信号的放大倍数不可能为0,只是增益非常的小。所以CMRR就是共模信号增益的指标,也就是共模抑制比。

CMRR的值理论上是越大越好,CMRR越大就说明运放的输入对共模干扰的抑制能力更强,使电路更加稳定,特别是在高磁场复杂的工作环境中尤为重要。当然,我们在实际使用中,不能盲目的追求高CMRR的运放,应该选择最适合项目的运放,毕竟高CMRR,意味着运放的性能越好,成本越高。

以上几点,是个人觉得在使用认为比较关键的,仅供参考。当然还有很多关于运放的参数没有列出来,因为篇幅有限,有兴趣的同学可找相关专业书籍进行学习,运放的知识是非常庞大和复杂的,需要多用,多积累实战经验,才能在碰到问题时游刃有余。

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