了解一下运算放大器的特性分析

thinkfunny

+ L1 ~0 M) g7 l; f一、运算放大器是具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路单元，在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能的模块。随着半导体技术的发展，目前大部分的运放是以单芯片(集成IC)的形式存在，其输出信号可以是输入信号的比例、加、减、微分或积分等数学运算的结果。集成运放包括放大区(线性区)和饱和区(非线性区)两部分，详见其电压传输特性曲线。
% h" x9 F: Y9 v% W0 A
(1)、OP放大器的工作原理：对两个输入端间的电位差进行放大。
& m$ p- M5 ?6 ?4 X
(2)、OP放大器的分析方法："虚短" 与 "虚断" 分析方法必须掌握。

; W$ X3 C1 s4 ]6 U. }1 m" L(3)、OP放大器的主要应用：运算器、比较器、有源滤波器。

, z- L; w( y4 N5 h(4)、OP放大器内部电路可以分为：输入级、中间级、输出级、偏置电路。
% V' `* ~; r$ ~" C; t# W# G

& _& \( l/ g' t
9 N- k% e1 h# p+ o
输入级：要求输入阻抗高，能够有效减少温漂和抑制共模干扰信号，因此常常采用差动放大电路。
) K. X2 v- z; G# q: F8 u! u8 E
中间级：主要进行电压放大。要求电压放大倍数高，因此一般由共射(共源)放大电路组成。
1 L% z/ n+ V0 E5 i0 r" I( b
5 d: t6 j! i3 q* R# ?) L0 O输出级：直接与负载相连。要求输出阻抗低，带负载能力强，因此一般由互补输出电路或射极(源极)跟随器构成。
6 E% _8 ]" ]9 R/ O9 I, o
7 x! t. z# G8 D' \偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级电路的静态工作点，因此一般由各种恒流源电路构成。

1 Q3 M* A+ v& W0 {& W( m. C



' A" L" {' e/ |* z
二、运算放大器的分类：

# v& @, m, g" S5 i! [& B" j: M按照供电方式的不同可以分为：单电源型运放、双电源型运放。
6 `" q  r, T/ |3 ^. _
按照制造工艺的不同可以分为：双极型运放、CMOS型运放。
  H1 u; w% A0 t! K( @9 D
# ?$ t4 d0 q8 \7 |按照可控制性的不同可以分为：可变增益运放、选通控制运放。

按照工作原理的不同可以分为：电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型。

* s3 l3 s' A; p4 s8 ^按照通道数量的不同可以分为：单通道运放、双通道运放、四通道运放。

按照性能指标的不同可以分为：通用性运放、特殊型运放。

. m# W3 w4 \) X) u* W! _. r注：特殊型运放包括：高阻型运放、高精度型运放、高速型运放、低功耗型运放、高压型运放、大功率型运放。

(1)、高精度型运放特点：低失调电压电流、低温漂、低噪声。
3 L4 A  ?1 x7 A: d; D% u
(2)、高速型运放特点：单位增益带宽宽、转换速率SR高。

: [; _6 h+ s5 T* Y6 a; v& g6 C
8 y8 b$ T  V) Y" d1 q: C+ ?三、运算放大器的主要参数：

性能参数：失调电压Vos、失调电压温漂、输入失调电流、输入失调电流温漂、输入偏置电流、最大差模(共模)输入电压。

(1)、失调电压Vos：又叫输入失调电压，指在差分放大电路或差分输入的运算放大器中，为了在输出端获得恒定的零电压输出，而需要两个输入端所加的(补偿电压)直流电压之差。而在差分放大器的两个输入端加有相等的输入电压时，差分输出电压称为输出失调电压。输入(出)失调电压是由输入级内部失配所引起的，一般为两个输入差分管的特性不一致所导致的。

(2)、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的比值。
" p: w/ u+ A* F4 y" b+ S
3 Z' `+ T6 H6 s2 f9 @3 @$ k(3)、输入失调电流：在零输入时，差分输入级的差分对管的基极电流之差，用于表征差分级输入电流的不对称程度。

% J9 L' E8 p$ f3 B9 a(4)、输入失调电流温漂：在规定工作温度范围内，输入失调带电流随温度的变化量与温度变化量的比值。

动态参数：等效输入噪声电压、输入(出)阻抗、开环增益、共模抑制比、-3dB带宽、单位增益带宽、转换速率SR。
  A  g/ L1 U: _0 Y; P) l/ @) L
(1)、等效输入噪声电压：是指屏蔽良好、无信号输入的运算放大器，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压，将这个噪声电压折算到运放的输入端，就称为运放等效输入噪声电压。这个参数往往和一定的频率相对应。

(2)、-3dB带宽：运算放大器的差模放大倍数下降3dB时所定义的带宽，其值越大越好。
9 ~5 h. k8 H4 d+ g. c2 x  k
6 z- v4 G/ n+ K' L  x(3)、共模抑制比CMRR：运放对差模信号的电压放大倍数与对共模信号的电压放大倍数之比，单位是dB。CMRR越大越好。

" Q  H8 B5 P3 Y$ h8 o( ?+ Q(4)、单位增益带宽：运算放大器的增益下降到1时所对应的频率，定义为单位增益带宽。这与晶体管的特征频率类似。

7 ~& t) O" e2 T, T(5)、转换速率SR：又称为上升速率，反应运算放大器对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR越大，表示运放对高速变化的输入信号的响应能力越好。信号的幅值愈大，频率愈高，要求集成运放的转换速率SR愈大。
& H$ @4 p- R6 n0 R. L0 ]6 Q8 h

0 `; E7 q# f- _+ e( y四、运算放大器的保护措施：
: j- {( i+ `# z" g
(1)、输入保护：
7 C4 o6 e, d/ M/ N+ N0 ~, _! f
5 O2 e4 p3 B; t/ t) ?
" Q: M. J% D( Q* {+ G4 w3 u
(2)、输出保护和电源端保护：




* a" c8 X. X3 Y- {( C. w五、运算放大器"多级级联"的注意事项：
+ Y/ X# D0 k4 I$ N5 ~+ {
问题1：运算放大器为什么要多级级联设计？仅用单级放大难道不行吗？
: o, a7 f6 w" O7 q" L1 r* N
解答1：因为单个运算放大器的单位增益带宽是有限的，因此要放大的信号的增益带宽积超过了运放器件的单位增益带宽，因此必须采用多级运放级联的方法来降低每一级的放大倍数，从而满足每个运放的单位增益带宽限制，实现最终的放大目的。对于一个运算放大器来说，其增益带宽积(单位增益带宽)是一个性能常量参数，为信号的增益和带宽的乘积。因此对于具体的运放来说，其信号放大倍数越大，信号频带宽度就越小；其信号放大倍数越小，信号频带宽度就越大。

问题2：多级运算放大器级联的噪声叠加问题是必须要首先考虑的问题。如果前级的噪声信号没有得到有效处理，那么经过多级放大器的放大作用后，噪声也被一起放大且越来越大，最后输出的信号会叠加大量的噪声分量，严重影响信号的质量。
& k# C3 f8 w% w0 D! L
. `7 q8 J9 L: M9 Z7 ~( K解答2：

& a5 |; p5 \) j8 H1 ^+ x$ H(1)、尽量使用输入失调电压小，低温漂和低噪声的高精度型运算放大器，特别是前级的放大器更是如此。

(2)、前级的运算放大器的放大倍数要尽可能大；后级运算放大器的放大倍数尽可能小，这样级联系统整体的噪声系数会较小。

4 d$ O9 e/ ]! q(3)、信噪比(SNR)表示信号的有效功率与噪声的有效功率之比，单位为dB。因此对于多级级联的运放来说，要尽量提高每一级信号的信噪比，信噪比越大，有效信号所占的比重会越来越多。
* H1 l: T& c6 U$ J; r' V. Z3 s

六、运算放大器的噪声来源：
5 r1 J! M) M0 u! _( z& X7 A& o
4 e0 H: p' T! ]( R按照噪声的产生途径可以分为内部噪声和外部噪声两部分。
% V% L& `3 s/ n' v
按照噪声作用方式可以分为电压噪声、电流噪声、电阻热噪声。一般来说，电流噪声很小，可以忽略不计。
2 u( ?3 Z0 `, S; U9 U/ j
( C. v+ M3 N9 B  T! U运算放大器的电源供电电路必须进行噪声滤波处理，以最小化PSRR，减小电源波动的噪声来源。

) z+ {  }& [, V+ \$ @( z1 N注：对于理想运放来说，运放的特性不会随着电源电压的变化而变化。但实际运放并非如此，实际运放电源电压的变化总会引起运放参数的变化，称为运放的电源抑制比PSRR。运放电源抑制比就是当运放的电源电压发生变化时，引起运放的输入失调电压发生的变化的比值，单位时dB。

重阳

收藏，仔细复习下