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运放放大倍数计算公式_运算放大器基本电路大全(转)

原始链接:操作放大器基本电路全集

原作者:电子工程专辑

引言

我们经常看到许多非常经典的操作放大器应用图集,但这些应用程序是基于双电源很多时候,电路设计师必须使用单电源,但他们不知道如何将双电源电路转换为单电源电路。

单电源电路的设计需要比双电源电路更加小心,设计师必须充分理解本文所述内容。

1.1 电源供电和单电源供电

所有操作放大器都有两个电源引脚,通常在数据中,它们的标志是VCC+和VCC-,但有时它们的标志是VCC+和GND。这是因为一些数据手册的作者试图将这个标志的差异作为单电源和双电源的区别。但是,这并不是说他们就一定要那样使用――它们可以在其他电压下工作。当运输不按默认电压供电时,应参考运输数据手册,特别是绝对最大电源电压和电压摆动说明。

大多数模拟电路设计师都知道如何在双电源电压下使用操作放大器。例如,图1左侧的电路由正电源和相等电压的负电源组成。一般为正负15V,正负12V和正负5V也经常使用。输入电压和输出电压是参考给出的,也包括正负电压的摆动极限Vom最大输出摆幅。

单电源电路(图1中右)运输的电源脚连接到正电源和地面。接到正电源引脚VCC+,地或者VCC-连接引脚GND。将正电压分成一半后的电压作为虚拟接收输入引脚。此时,输出电压也是虚拟电压。输出电压以虚拟地面为中心,放置在振幅上Vom 之内。有两种不同的最高输出电压和最低输出电压。这种数据手册将特别注明Voh 和Vol 。需要特别注意的是,许多设计师会随意使用虚拟空间来参考输入电压和输出电压,但在大多数应用中,输入和输出是参考电源,因此设计师必须在输入和输出中添加隔离电容器,以隔离虚拟空间和地面之间的直流电压。(参见1.3节)

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单电源电压一般为5V,此时,输出电压摆幅会更低。此外,目前运输的供电电压也可以是3V 或者会更低。出于这个原因,单电源电路中使用的运输基本上是Rail-To-Rail 从而消除丢失的动态范围。需要指出的是,输入和输出可能无法承受Rail-To-Rail 的电压。虽然设备被指示为轨道轨道(Rail-To-Rail)是的,如果输出或输入不支持轨道轨道,接近输入或输出电压极限的电压可能会退化输出功能,因此需要仔细参考数据手册是否输入和输出轨道轨道。这样才能保证系统的功能不会退化,这是设计者的义务。

1.2 虚地

单电源运输需要外部提供虚拟空间。通常,这个电压是VCC图2的电路可用于生成VCC/2电压,但它会降低系统的低频特性。

R1 和R2 电容等值,通过电源允许的消耗和允许的噪声进行选择C1 它是一种低通滤波器,用于减少从电源中传来的噪音。缓冲运放可以忽略在某些应用中。

在下面,有些电路必须由两个电阻产生,但这并不是一个完美的方法。在这些例子中,电阻值大于100K,当这种情况发生时,在电路图中注明。

1. 3 交流耦合

虚拟地面大于电源地的直流电平,这是一个小的、局部的地面电平,导致电势问题:输入输出电压一般是指电源地,如果信号源的输出直接连接到输入端,就会产生不可接受的直流偏移。如果发生这种情况,输入电压将无法正确响应,因为它将使信号超过允许的输入或输出范围。

通过交流耦合解决这个问题的方法。使用这种方法,输入输出设备可以参考系统地,输出电路可以参考虚拟地。当使用不止一个运输时,如果遇到以下条件级之间的耦合电容,则无需使用:第一级运输的参考地是虚拟第二级运输的参考地,第二级运输的参考地也是虚拟地。这两个级别的每个级别都没有增益。任何直流偏置都将乘以增益,并可能使电路超过其正常工作电压范围。

若有疑问,装配一个耦合电容的原型,然后每次取其中一个,观察电工是否正常。除非输入和输出是虚拟的,否则必须有耦合电容来隔离信号源、输入、输出和负载。一个很好的解决方案是切断输入和输出,然后检查所有输入脚和输出脚上的直流电压。所有电压必须非常接近虚拟电压,如果没有,前输出必须用电容器隔离。(或电路有问题)

1. 4 组合运输电路

在某些应用中,组合运输可以用来节省板上的成本和空间,但不可避免地会导致相互耦合,影响滤波器、直流偏置、噪声和其他电路特性。设计师通常从放大、直流偏置、滤波器等独立的功能原型开始设计。在检查了每个单元模块后,将它们联合起来。除非特别说明,否则本文中所有滤波器单元的增益都是 1。

1. 5 选择电阻和电容值

每个刚开始做模拟设计的人都想知道如何选择元件参数。应使用电阻1 欧的还是应该用1 兆欧的?一般来说,在普通应用中,电阻值是K 欧级到100K 欧级比较合适。在高速应用中,阻值为100 欧级到1K 但它们会增加电源消耗。便携设计中阻值在1 兆级到10 但它们会增加系统的噪音。在每张图中都给出了用于调整电路参数的电阻电容值的基本方程。如果是滤波器,应选择1%的电阻精度 E -96系列(见附录)A)。一旦确定了电阻值的数量级,选择标准E-12系列电容。

用E-24系列电容器用于调整参数,但应尽量不使用。用于调整电路参数的电容器不应使用5%,而应使用1%。

2.1 放大

放大电路有两种基本类型:同相放大器和反相放大器。它们的交流耦合版本如图3所示。对于交流电路,反向意味着相角移动180度。该电路采用耦合电容器 ――Cin 。Cin它被用来防止电路产生直流放大,因此电路只会放大交流。如果在直流电路中,Cin如果被省略,则必须计算直流放大。

在高频电路中,不违反带宽限制是非常重要的。在实际应用中,一级放大电路的增长率通常是100倍(40倍)dB),无论放大倍数有多高,除非布板时非常注意,否则都会引起电路振荡。如果你想得到一个放大倍数比较大的放大器,使用两个等增益或多个等增益放大器比使用一个放大器要好得多。

2.2 衰减

运算放大器组成的传统反相衰减器如图4所示。

在电路中R2要小于R1.这种方法不推荐,因为很多运输不适合在放大倍数小于1倍的情况下工作。正确的方法是使用图5的电路。

一套规格化的表一套R3 阻值可用于产生不同等级的衰减。对于表中没有的阻值,可以用以下公式计算

R3=(Vo/Vin)/(2-2(Vo/Vin))

若表中有值,按以下方法处理:

为Rf和Rin在1K到100K之间选择一个值,作为基本值。

将Rin 除以二得到RinA 和RinB。

将基本值分别乘以1 或者2 就得到了Rf、Rin1 和Rin如图5所示。

在表中给R3 选择合适的比例因子,然后乘以基本值。

比如,如果Rf是20K,RinA和RinB都是10K,那么用12.1K可获得-3的电阻dB的衰减。

图6中同相的衰减器可用作电压衰减和同相缓冲器。

2.3 加法器

图7是一个反相加法器,它是一个基本的音频混合器。但该电路很少用于真正的音频混合器。因为这将接近交付的工作极限,事实上,我们建议使用提高电源电压的方法来提高动态范围。

同相加法器是可以实现的,但不推荐。信号源的阻抗会影响电路的增益。

2.4 减法器

就像加法器一样,图8是一个减法器。一个通常的应用程序是去除三维声带中的原唱并留下伴音(两个通道中的原唱电平相同,但伴音略有不同)。

2.5 模拟电感

图9的电路是一个反向操作电容器的电路,用于模拟电感。电感会抵抗电流的变化,所以当直流电平加入电感时,电流的上升是一个缓慢的过程,电感中电阻上的压降尤为重要。

电感将更容易使低频通过,其特性与电容器相反,理想的电感器没有电阻,可以使直流无限通过,对频率是无限的信号有无限的阻抗。

如果直流电压突然通过电阻R1 当添加到反向输入端时,输出不会改变,因为电压与过电容相同C1 也添加到正相输出端,输出端表现出高阻抗,就像真正的电感一样。

随着电容C1 连续通过电阻R 进行充电,R2上电压不断下降,运放通过电阻R1汲取电流。随着电容不断的充电,最后运放的两个输入脚和输出脚上的电压最终趋向于虚地(Vcc/2)。

当电容C1 完全被充满时,电阻R1 限制了流过的电流,这就表现出一个串连在电感中电阻。这个串连的电阻就限制了电感的Q 值。真正电感的直流电阻一般会比模拟的电感小的多。这有一些模拟电感的限制:

电感的一段连接在虚地上;

模拟电感的Q值无法做的很高,取决于串连的电阻R1;

模拟电感并不像真正的电感一样可以储存能量,真正的电感由于磁场的作用可以引起很高的反相尖峰电压,但是模拟电感的电压受限于运放输出电压的摆幅,所以响应的脉冲受限于电压的摆幅。

2.6 仪用放大器

仪用放大器用于需要对小电平信号直流信号进行放大的场合,他是由减法器拓扑而来的。仪用放大器利用了同相输入端高阻抗的优势。基本的仪用放大器如图十所示。

这个电路是基本的仪用放大电路,其他的仪用放大器也如图中所示,这里的输入端也使用了单电源供电。这个电路实际上是一个单电源的应变仪。这个电路的缺点是需要完全相等的电阻,否则这个电路的共模抑制比将会很低。

图十中的电路可以简单的去掉三个电阻,就像图十一中的电路。

这个电路的增益非常好计算。但是这个电路也有一个缺点:那就是电路中的两个电阻必须一起更换,而且他们必须是等值的。另外还有一个缺点,第一级的运放没有产生任何有用的增益。

另外用两个运放也可以组成仪用放大器,就像图十二所示。

但是这个仪用放大器是不被推荐的,因为第一个运放的放大倍数小于一,所以他可能是不稳定的,而且Vin -上的信号要花费比Vin +上的信号更多的时间才能到达输出端。

这节非常深入地介绍了用运放组成的有源滤波器。在很多情况中,为了阻挡由于虚地引起的直流电平,在运放的输入端串入了电容。这个电容实际上是一个高通滤波器,在某种意义上说,像这样的单电源运放电路都有这样的电容。设计者必须确定这个电容的容量必须要比电路中的其他电容器的容量大100 倍以上。这样才可以保证电路的幅频特性不会受到这个输入电容的影响。如果这个滤波器同时还有放大作用,这个电容的容量最好是电路中其他电容容量的1000 倍以上。如果输入的信号早就包含了VCC/2 的直流偏置,这个电容就可以省略。

这些电路的输出都包含了VCC/2 的直流偏置,如果电路是最后一级,那么就必须串入输出电容。

这里有一个有关滤波器设计的协定,这里的滤波器均采用单电源供电的运放组成。滤波器的实现很简单,但是以下几点设计者必须注意:

1. 滤波器的拐点(中心)频率

2. 滤波器电路的增益

3. 带通滤波器和带阻滤波器的的Q值

4. 低通和高通滤波器的类型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell)

不幸的是要得到一个完全理想的滤波器是无法用一个运放组成的。即使可能,由于各个元件之间的负杂互感而导致设计者要用非常复杂的计算才能完成滤波器的设计。通常对波形的控制要求越复杂就意味者需要更多的运放,这将根据设计者可以接受的最大畸变来决定。或者可以通过几次实验而最终确定下来。如果设计者希望用最少的元件来实现滤波器,那么就别无选择,只能使用传统的滤波器,通过计算就可以得到了。

3.1 一阶滤波器

一阶滤波器是最简单的电路,他们有20dB 每倍频的幅频特性

3.1.1 低通滤波器

典型的低通滤波器如图十三所示。

3.1.2 高通滤波器

典型的高通滤波器如图十四所示。

3.1.3 文氏滤波器

文氏滤波器对所有的频率都有相同的增益,但是它可以改变信号的相角,同时也用来做相角修正电路。图十五中的电路对频率是F 的信号有90 度的相移,对直流的相移是0度,对高频的相移是180度。

3.2 二阶滤波器

二阶滤波电路一般用他们的发明者命名。他们中的少数几个至今还在使用。有一些二阶滤波器的拓扑结构可以组成低通、高通、带通、带阻滤波器,有些则不行。这里没有列出所有的滤波器拓扑结构,只是将那些容易实现和便于调整的列了出来。

二阶滤波器有40dB 每倍频的幅频特性。

通常的同一个拓扑结构组成的带通和带阻滤波器使用相同的元件来调整他们的Q 值,而且他们使滤波器在Butterworth 和Chebyshev 滤波器之间变化。必须要知道只有Butterworth 滤波器可以准确的计算出拐点频率,Chebyshev 和Bessell滤波器只能在Butterworth 滤波器的基础上做一些微调。

我们通常用的带通和带阻滤波器有非常高的Q 值。如果需要实现一个很宽的带通或者带阻滤波器就需要用高通滤波器和低通滤波器串连起来。对于带通滤波器的通过特性将是这两个滤波器的交叠部分,对于带阻滤波器的通过特性将是这两个滤波器的不重叠部分。 这里没有介绍反相 Chebyshev 和 Elliptic 滤波器,因为他们已经不属于电路集需要介绍的范围了。

不是所有的滤波器都可以产生我们所设想的结果――比如说滤波器在阻带的最后衰减幅度在多反馈滤波器中的会比在Sallen-Key 滤波器中的大。由于这些特性超出了电路图集的介绍范围,请大家到教科书上去寻找每种电路各自的优缺点。不过这里介绍的电路在不是很特殊的情况下使用,其结果都是可以接受的。

3.2.1 Sallen-Key滤波器

Sallen-Key 滤波器是一种流行的、广泛应用的二阶滤波器。他的成本很低,仅需要一个运放和四个无源器件组成。但是换成Butterworth 或Chebyshev 滤波器就不可能这么容易的调整了。请设计者参看参考条目【1】和参考条目【2】,那里介绍了各种拓扑的细节。 这个电路是一个单位增益的电路,改变Sallen-Key 滤波器的增益同时就改变了滤波器的幅频特性和类型。实际上Sallen-Key 滤波器就是增益为1的Butterworth 滤波器。

3.2.2 多反馈滤波器

多反馈滤波器是一种通用,低成本以及容易实现的滤波器。不幸的是,设计时的计算有些复杂,在这里不作深入的介绍。请参看参考条目【1】中的对多反馈滤波器的细节介绍。如果需要的是一个单位增益的Butterworth 滤波器,那么这里的电路就可以给出一个近似的结果。

3.2.3 双T滤波器

双T 滤波器既可以用一个运放也可仪用两个运放实现。他是建立在三个电阻和三个电容组成的无源网络上的。这六个元件的匹配是临界的,但幸运的是这仍是一个常容易的过程,这个网络可以用同一值的电阻和同一值的电容组成。用图中的公式就可以同时的将R3 和C3 计算出来。应该尽量选用同一批的元件,他们有非常相近的特性。

3.2.3.1 单运放实现

如果用参数非常接近的元件组成带通滤波器,就很容易发生振荡。接到虚地的电阻最好在E-96 1%系列中选择,这样就可以破坏振荡条件。

3.2.3.2 双运放实现

典型的双运放如图20到图22所示

运算放大器(Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP)是一种直流耦合﹐差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益(gain)电压放大器,因为刚开始主要用于加法,乘法等运算电路中,因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性:无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接,形成一负反馈(negative feedback)组态。原因是运算放大器的电压增益非常大,范围从数百至数万倍不等,使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback),相反地,在很多需要产生震荡讯号的系统中,正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

开环回路

开环回路运算放大器如图1-2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时,其输出与输入电压的关系式如下:

Vout = ( V+ -V-) * Aog

其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益(open-loop differential gai由于运算放大器的开环回路增益非常高,因此就算输入端的差动讯号很小,仍然会让输出讯号「饱和」(saturation),导致非线性的失真出现。

闭环负反馈

将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来,放大器电路就处在负反馈组态的状况,此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点,又可分为反相(inverting)放大器与非反相(non-inverting)放大器两种。

反相闭环放大器如图1-3。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器,则因为其开环增益为无限大,所以运算放大器的两输入端为虚接地(virtual ground),其输出与输入电压的关系式如下:

Vout = -(Rf / Rin) * Vin

非反相闭环放大器如图1-4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器,则因为其开环增益为无限大,所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零,其输出与输入电压的关系式如下: Vout = ((R2 / R1) + 1) * Vin

闭环正回馈

将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来,放大器电路就处在正回馈的状况,由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态,多应用于需要产生震荡讯号的应用中。

理想运放和理想运放条件

在分析和综合运放应用电路时,大多数情况下,可以将集成运放看成一个理想运算放大器。理想运放顾名思义是将集成运放的各项技术指标理想化。由于实际运放的技术指标比较接近理想运放,因此由理想化带来的误差非常小,在一般的工程计算中可以忽略。

理想运放各项技术指标具体如下:

1.开环差模电压放大倍数Aod = ∞;

2.输入电阻Rid = ∞;输出电阻Rod =0

3.输入偏置电流IB1=IB2=0 ;

4.失调电压UIO、失调电流IIO 、失调电压温漂

、失调电流温漂均为零;

5.共模抑制比CMRR = ∞;;

6.-3dB带宽fH = ∞ ;

7.无内部干扰和噪声。

实际运放的参数达到如下水平即可以按理想运放对待:

电压放大倍数达到104~105倍;输入电阻达到105Ω;输出电阻小于几百欧姆;

外电路中的电流远大于偏置电流;失调电压、失调电流及其温漂很小,造成电路的漂移在允许范围之内,电路的稳定性符合要求即可;输入最小信号时,有一定信噪比,共模抑制比大于等于60dB;带宽符合电路带宽要求即可。

运算放大器中的虚短和虚断含意

理想运放工作在线性区时可以得出二条重要的结论:

虚短

因为理想运放的电压放大倍数很大,而运放工作在线性区,是一个线性放大电路,输出电压不超出线性范围(即有限值),所以,运算放大器同相输入端与反相输入端的电位十分接近相等。在运放供电电压为±15V时,输出的最大值一般在10~13V。所以运放两输入端的电压差,在1mV以下,近似两输入端短路。这一特性称为虚短,显然这不是真正的短路,只是分析电路时在允许误差范围之内的合理近似。

虚断

由于运放的输入电阻一般都在几百千欧以上,流入运放同相输入端和反相输入端中的电流十分微小,比外电路中的电流小几个数量级,流入运放的电流往往可以忽略,这相当运放的输入端开路,这一特性称为虚断。显然,运放的输入端不能真正开路。

运用“虚短”、“虚断”这两个概念,在分析运放线性应用电路时,可以简化应用电路的分析过程。运算放大器构成的运算电路均要求输入与输出之间满足一定的函数关系,因此均可应用这两条结论。如果运放不在线性区工作,也就没有“虚短”、“虚断”的特性。如果测量运放两输入端的电位,达到几毫伏以上,往往该运放不在线性区工作,或者已经损坏。

重要指标

输入失调电压UIO

一个理想的集成运放,当输入电压为零时,输出电压也应为零(不加调零装置)。但实际上集成运放的差分输入级很难做到完全对称,通常在输入电压为零时,存在一定的输出电压。输入失调电压是指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压。实际上是指输入电压为零时,将输出电压除以电压放大倍数,折算到输入端的数值称为输入失调电压,即UIO的大小反应了运放的对称程度和电位配合情况。UIO越小越好,其量级在2mV~20mV之间,超低失调和低漂移运放的UIO一般在1μV~20μV之间 输入失调电流IIO

当输出电压为零时,差分输入级的差分对管基极的静态电流之差称为输入失调电流IIO,即

由于信号源内阻的存在,IIO的变化会引起输入电压的变化,使运放输出电压不为零。IIO愈小,输入级差分对管的对称程度越好,一般约为1nA~0.1μA。 输入偏置电流IIB

集成运放输出电压为零时,运放两个输入端静态偏置电流的平均值定义为输入偏置电流,即

从使用角度来看,偏置电流小好,由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小,故输入偏置电流是重要的技术指标。一般IIB约为1nA~0.1μA。

输入失调电压温漂△UIO/△T

输入失调电压温漂是指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。它是衡量电路温漂的重要指标,不能用外接调零装置的办法来补偿。输入失调电压温漂越小越好。一般的运放的输入失调电压温漂在±1mV/℃~±20mV/℃之间。

输入失调电流温漂 △IIO/△T

在规定工作温度范围内,输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值称为输入失调电流温漂。输入失调电流温漂是放大电路电流漂移的量度,不能用外接调零装置来补偿。高质量的运放每度几个pA。

最大差模输入电压Uidmax

最大差模输入电压Uidmax是指运放两输入端能承受的最大差模输入电压。超过此电压,运放输入级对管将进入非线性区,而使运放的性能显著恶化,甚至造成损坏。根据工艺不同,Uidmax约为±5V~±30V。

最大共模输入电压Uicmax

最大共模输入电压Uicmax是指在保证运放正常工作条件下,运放所能承受的最大共模输入电压。共模电压超过此值时,输入差分对管的工作点进入非线性区,放大器失去共模抑制能力,共模抑制比显著下降。

最大共模输入电压Uicmax定义为,标称电源电压下将运放接成电压跟随器时,使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压值;或定义为 下降6dB时所加的共模输入电压值。

开环差模电压放大倍数Aud是指集成运放工作在线性区、接入规定的负载,输出电压的变化量与运放输入端口处的输入电压的变化量之比。运放的Aud在60~120dB之间。不同功能的运放,Aud相差悬殊。

差模输入电阻Rid是指输入差模信号时运放的输入电阻。Rid越大,对信号源的影响越小,运放的输入电阻Rid一般都在几百千欧以上。

运放共模抑制比KCMR的定义与差分放大电路中的定义相同,是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,常用分贝数来表示。不同功能的运放,KCMR也不相同,有的在60~70dB之间,有的高达180dB。KCMR越大,对共模干扰抑制能力越强。

开环带宽BW

开环带宽又称-3dB带宽,是指运算放大器的差模电压放大倍数Aud在高频段下降3dB所对应的频率fH。

单位增益带宽BWG是指信号频率增加,使Aud下降到1时所对应的频率fT,即Aud为0dB时的信号频率fT。它是集成运放的重要参数。741型运放的 fT=7Hz,是比较低的。

转换速率SR (压摆率)

转换速率SR

是指放大电路在电压放大倍数等于1的条件下,输入大信号(例如阶跃信号)时,放大电路输出电压对时间的最大变化速率,见图7-1-1。它反映了运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为

转换速率SR是在大信号和高频信号工作时的一项重要指标,目前一般通用型运放压摆率在1~10V/μs左右。

单位增益带宽BWG (fT)

共模抑制比KCMR

差模输入电阻

开环差模电压放大倍数Aud

开环带宽:

开环带宽定义为,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db(或是相当于运放的直流增益的0.707)所对应的信号频率。这用于很小信号处理。

单位增益带宽GB:

单位增益带宽定义为,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得闭环电 压增益下降3db(或是相当于运放输入信号的0.707)所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标,对于正弦小信号放大时,单位增益带宽等于输 入信号频率与该频率下的最大增益的乘积,换句话说,就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后,可以计算出单位增益带宽,用以选择合适的运放。这用于 小信号处理中运放选型。

转换速率(也称为压摆率)SR:

运放转换速率定义为,运放接成闭环条件下,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 端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间,运放的输入级处于开关状态,所以运放的反馈回路不起作用,也就是转换速率与闭环增益无关。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。这用于大信号处理中运放选型。

全功率带宽BW:

全功率带宽定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端,使运放输出 幅度达到最大(允许一定失真)的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地,全功率带宽=转换速率/2πVop(Vop是运放的峰值输出幅度)。 全功率带宽是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。

建立时间:

建立时间定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个阶跃大信号输入到运放的输入端,使运放输出由0增加到某 一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输入,输出信号达到给定值后会出现一定抖动,这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不 同的输出精度,稳定时间有较大差别,精度越高,稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。

等效输入噪声电压:

等效输入噪声电压定义为,屏蔽良好、无信号输入的的运放,在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时,就称为运放输入噪声电压(有时也用噪声电流表示)。对于宽带噪声,普通运放的输入噪声电压有效值约10~20μV。

差模输入阻抗(也称为输入阻抗):

差模输入阻抗定义为,运放工作在线性区时,两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输 入阻抗包括输入电阻和输入电容,在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧;场效应管 做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。

共模输入阻抗:

共模输入阻抗定义为,运放工作在输入信号时(即运放两输入端输入同一个信号),共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下,它表现为共模电阻。通常,运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多,典型值在108欧以上。

输出阻抗:

输出阻抗定义为,运放工作在线性区时,在运放的输出端加信号电压,这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。

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