運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)_第1頁(yè)
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1、運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)在電流反饋運(yùn)放中,開(kāi)環(huán)響應(yīng)是輸出電壓對(duì)輸入電流的響應(yīng)。因此,與電壓反饋運(yùn)放不同,電流反饋運(yùn)放輸入和輸出之間的關(guān)系不是用增益表示,而是跨阻來(lái)表示,單位為歐姆。但更頻繁的是采納跨阻表示,因此電流反饋運(yùn)放也被稱(chēng)為跨阻放大器。電流反饋運(yùn)放的跨阻在500k 1m 之間。與電壓反饋運(yùn)放不同,電流反饋運(yùn)放沒(méi)有恒定的增益帶寬積。也就是說(shuō),當(dāng)增益隨著頻率增強(qiáng)而滾降時(shí),滾降速度不等于6db/8倍程。電流反饋運(yùn)放可以在較寬的增益范圍內(nèi)保持高帶寬,但這是以反饋?zhàn)杩沟奶暨x有限制為代價(jià)的。例如,其中一個(gè)限制就是電流反饋運(yùn)放的反饋環(huán)路中不允許有,由于電容會(huì)使高頻下的反饋?zhàn)杩菇档停瑥亩鴮?dǎo)致振蕩。因?yàn)橥瑯泳売?/p>

2、,雜散電容也必需控制在運(yùn)放的反相輸入端周?chē)A硗猓娏鞣答佭\(yùn)放頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的斜率特性要比電壓反饋運(yùn)放的好,雖然雜散電容會(huì)減弱電流反饋運(yùn)放的這個(gè)優(yōu)勢(shì)。電流反饋運(yùn)放和電壓反饋運(yùn)放的不同特性還體現(xiàn)在其它方面。例如,電流反饋運(yùn)放具有獲得最大帶寬的最佳反饋電阻值。增大反饋電阻會(huì)導(dǎo)致帶寬降低,而降低電阻則將減小相位余量,并導(dǎo)致放大器不穩(wěn)定。電流反饋運(yùn)放的數(shù)據(jù)表提供在一個(gè)增益范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的最佳反饋電阻值,以及電源電壓值以便使放大器具有最大帶寬,這對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程很有協(xié)助。最佳反饋電阻值對(duì)許多因素都比較敏感,甚至對(duì)運(yùn)放的封裝類(lèi)型也敏感。數(shù)據(jù)表可能按照封裝是小形狀ic (soic)封裝還是雙列封裝(dip),給出不同

3、的電阻值。運(yùn)放的重要特性假如運(yùn)放兩個(gè)輸入端上的電壓均為0v,則輸出端電壓也應(yīng)當(dāng)?shù)扔?v。但實(shí)際上,輸出端總有一些電壓,該電壓稱(chēng)為失調(diào)電壓vos。假如將輸出端的失調(diào)電壓除以電路的噪聲增益,得到結(jié)果稱(chēng)為輸入失調(diào)電壓或輸入?yún)⒖际д{(diào)電壓。這個(gè)特性在數(shù)據(jù)表中通常以vos給出。vos被等效成一個(gè)與運(yùn)放反相輸入端串聯(lián)的電壓源。必需對(duì)放大器的兩個(gè)輸入端施加差分電壓,以產(chǎn)生0v輸出。vos隨著溫度的變幻而轉(zhuǎn)變,這種現(xiàn)象稱(chēng)為漂移,漂移的大小隨時(shí)光而變幻。漂移的溫度系數(shù)tcvos通常會(huì)在數(shù)據(jù)表中給出,但一些運(yùn)放數(shù)據(jù)表僅提供可保證器件在工作溫度范圍內(nèi)平安工作的其次大或者最大的vos。這種規(guī)范的可信度稍差,由于tcvo

4、s可能是不恒定的,或者是非單調(diào)變幻的。vos漂移或者老化通常以mv/月或者mv/1,000小時(shí)來(lái)定義。但這個(gè)非線(xiàn)性函數(shù)與器件已用法時(shí)光的平方根成正比。例如,老化速度1mv/1,000小時(shí)可轉(zhuǎn)化為大約3mv/年,而不是9mv/年。老化速度并不總是在數(shù)據(jù)表中給出,即便是高精度運(yùn)放。抱負(fù)運(yùn)放的輸入阻抗無(wú)窮大,因此不會(huì)有電流流入輸入端。但是,在輸入級(jí)中用法雙極結(jié)晶體管(bjt)的真切運(yùn)放需要一些工作電流,該電流稱(chēng)為偏置電流(ib)。通常有兩個(gè)偏置電流:ib+和ib-,它們分離流入兩個(gè)輸入端。ib值的范圍很大,特別類(lèi)型運(yùn)放的偏置電流低至60fa(大約每3 s通過(guò)一個(gè)),而一些高速運(yùn)放的偏置電流可高達(dá)幾十

5、ma。單片運(yùn)放的創(chuàng)造工藝趨于使電壓反饋運(yùn)放的兩個(gè)偏置電流相等,但不能保證兩個(gè)偏置電流相等。在電流反饋運(yùn)放中,輸入端的不對(duì)稱(chēng)特性意味著兩個(gè)偏置電流幾乎總是不相等的。這兩個(gè)偏置電流之差為輸入失調(diào)電流ios,通常狀況下ios很小。總諧波失真(thd)是指因?yàn)榉糯笃鞯姆蔷€(xiàn)性而產(chǎn)生的基頻的諧波重量。通常狀況下只需要考慮二次和三次諧波,由于更高次諧波的振幅將大大縮小。thd+n(thd+噪聲)是器件產(chǎn)生噪聲的緣由,它是指不包括基頻在內(nèi)的總信號(hào)功率。大多數(shù)的數(shù)據(jù)表都給出thd+n的值,由于大多數(shù)測(cè)量系統(tǒng)不區(qū)別與諧波相關(guān)的信號(hào)和噪聲。thd和thd + n都被用來(lái)度量單音調(diào)(single-tone)正弦波輸入

6、信號(hào)產(chǎn)生的失真。一個(gè)更實(shí)用且更嚴(yán)格的失真度衡量指標(biāo)是互調(diào)失真(imd),它可度量由雙音調(diào)(two-tone)交互干擾的結(jié)果而不僅僅是一個(gè)載波所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)范圍。按照不同應(yīng)用,一些二階imd重量可能可以濾除,但三階重量的濾除則要更困難些。因此,數(shù)據(jù)表通常給出器件的三階截取點(diǎn)(ip3),這是三階imd效應(yīng)的一種最基本度量方式。由于三階串?dāng)_產(chǎn)物引起的信號(hào)損壞在許多應(yīng)用中(特殊是在接收機(jī)中)都十分普遍,而且很?chē)?yán)峻,所以這個(gè)參數(shù)非常重要。1db壓縮點(diǎn)代表輸出信號(hào)與抱負(fù)輸入/輸出傳輸函數(shù)相比增益下降1db時(shí)的輸入信號(hào)電平。這是運(yùn)放動(dòng)態(tài)范圍的結(jié)束點(diǎn)。信噪比(snr)定義了從最大信號(hào)電平至背景噪聲的rms電平的動(dòng)態(tài)范圍(以db為單位)。其它特性在(rf)應(yīng)用中變得十分重要。例如,動(dòng)態(tài)范圍是器件能承受的最大輸入電平與器件能提

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