运放的典型参数分析

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大家好,我是电源漫谈,运放是开关电源中经常使用的器件,或者使用于信号反馈,或者使用于信号放大等,理解其典型参数非常重要,本文通过分析运放典型参数,梳理一下这部分知识。

图1 典型运放电路原理图

我们基于图1所示的同向放大原理图来分析,这里我们将输入信号设为0即接地处理,仅仅考虑运放参数带来的影响,而不考虑输入信号对输出电压的影响,注意此处运放的增益设为10.

这里,我们以LM2902B这个典型运放的参数进行分析,如图2所示,其输入失调电压Vos为如下,

图2 LM2902B的输入失调电压

LM2902B的规格书上看出,我们得知它的常温下典型输入失调电压为+-0.6mV,那就是说,即使如图没有输入电压,运放同相端也有一个+-0.6mV的电压存在,类似的情况,当用作反相放大器时,运放反向端也会有一个+-0.6mV的电压存在,那么,根据运放的增益为10,则输出端就会叠加一个+-6mV的电压。

进一步举例,假设输入电压为100mV,则考虑输入端叠加的失调电压,则输出电压为(100-0.6*10=994mV,或者输出电压为(100+0.6)*10=1006mV,所以当运放真实输入信号较小时,且增益很大时,这个输入失调电压的影响就会反映出来。

此处需要注意,输入失调电压Vos对运放输出电压的影响,仅仅和运放设置的增益有关,而和周围电阻阻值无关,这是这个参数的特性。

图3 LM2902B的输入失调电流

从规格书中看到,由于运放的输入阻抗不是无穷大,则在输入端加上一定电压就会流过一定电流,LM2902的输入失调电流参数在全温范围内+-5nA的值。

这里5nA的含义是,流入运放一端和流出另一端的电流是不同的,二者差别是+-5nA,因此根据这个概念,在同相放大器的同向输入端就可以看到一个5nA*9.09kohm=45uV的电压,或者失调电流是另外的方向的话,就是-45uV电压,这个电压会被放大10倍,在输出端达到450uV的电压,这就是单纯输入失调电流Ios引起的输出电压误差。这里输入失调电流Ios的概念可以用差模电流的角度去理解。

这里值得注意的是,输入失调电流Ios引起的输出电压误差和运放外接的电阻值有关,当电阻较大时,输入失调电流影响更大。

图4 LM2902B的输入偏置电流

从规格书上看,LM2902B的输入偏置电流Ib是全温范围为-50nA,它表示是从反向端和同相端流出的相同数值的电流,在上述图中为了阻抗匹配,运放两端的输入电阻是一样的(反向端考虑并联),输入偏置电流影响不明显。假设运放两端输入电阻不相同时,如同相端采用20kohm电阻接地,那么运放两端的电阻差异是10.91kohm,这就在输入端引起50nA*10.91kohm=545uV的电压差异,这个电压差异被放大10倍后为5.45mV的输出误差,所以从上述讨论来看,应对输入偏置电流的影响,需要在运放输入两端添加相同的等效电阻值。

综上所述,应对输入失调的影响的方法:

1.所用的运放周围电阻尽可能地小,这样可以减小输入失调电流Ios的影响,可想而知会导致更大的电源驱动电流,

2.确保连接在两个输入端的阻抗匹配,以减小Ib的影响,

3.选择合适的输入失调电压的运放,减小Vos的影响,

一般来说,低失调电压Vos的运放会导致更高的工作电流和更低的带宽,所以在实际使用中需要综合考虑。

参考资料:实用开关电源设计

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