文章目錄

• 前言
• 一、指標(biāo)分類
• 二、“軌”的概念
• 三、運(yùn)放的增益
• 四、運(yùn)放的開環(huán)增益
• 五、總結(jié)
• 六、例子

前言

今天我們來學(xué)習(xí)運(yùn)放使用時(shí)要注意哪些指標(biāo)!

一、指標(biāo)分類

運(yùn)算放大器的指標(biāo)大致可以分為三大類：速度指標(biāo)、精度指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)。

運(yùn)算放大器的速度指標(biāo)有兩個(gè)：一個(gè)是帶寬增益積(或單位增益帶寬);另一個(gè)是轉(zhuǎn)換速率。

其中轉(zhuǎn)換速率我們已經(jīng)講過了，大家可以看這一篇：轉(zhuǎn)換速率

帶寬增益積是從頻域上描述運(yùn)放的工作速度，而轉(zhuǎn)換速率則是從時(shí)域上描述運(yùn)放的工作速度。

帶寬增益積決定了運(yùn)放電路(由運(yùn)放構(gòu)成的各種線性電路)的最高工作頻率。

轉(zhuǎn)換速率決定了運(yùn)放電路能夠輸出波形的最大變化率。

精度指標(biāo)決定了在直流情況或輸入緩變信號(hào)情況下運(yùn)放電路傳遞函數(shù)的誤差程度。

環(huán)境指標(biāo)則用于描述運(yùn)放與運(yùn)放外部環(huán)境的適應(yīng)能力。

運(yùn)放的外部環(huán)境包括：電源供電、輸入電壓、輸出電壓與負(fù)載情況等。

運(yùn)放的指標(biāo)往往在不同的環(huán)境條件下而不同，這種情況一般用變化曲線來描述。

二、“軌”的概念

運(yùn)算放大器的輸出電壓范圍：最高不能超過正電源電壓，最低不能超過負(fù)電源電壓

所以運(yùn)放最大輸出被正負(fù)電源電壓所限，稱為“軌”，即Rail。稱為“正電源軌”和“負(fù)電源軌”

一般雙極型管運(yùn)放最高輸出電壓比正電源軌略低，最低輸出電壓比負(fù)電源軌略高，大約相差1~2V。

但是場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)放可以做到最高輸出電壓非常接近正電源軌，最低輸出電壓非常接近負(fù)電源軌，大約相差可以達(dá)到幾百甚至幾十毫伏。這種運(yùn)放稱為 “軌到軌”運(yùn)放，也稱為RR運(yùn)放(Rail to Rail)。

但不是所有場(chǎng)效應(yīng)管運(yùn)放都是RR運(yùn)放。

RR運(yùn)放舉例： TLV2460 、 READ2302G 。OPA192,OPA209

非RR運(yùn)放舉例： NE5532。

三、運(yùn)放的增益

用運(yùn)放構(gòu)成的電路中，其傳輸系數(shù)(即增益)往往只取決于外部元件參數(shù)，而與運(yùn)放本身無關(guān)。——但這是有條件的。條件就是反饋深度1+AF要足夠大。

負(fù)反饋放大器的閉環(huán)增益為：

實(shí)際增益：

預(yù)期增益：

所以實(shí)際的增益小于預(yù)期增益：

例如，用運(yùn)放構(gòu)成一個(gè)電壓跟隨器，則F=1。

設(shè)A=1000，則AF=0.999;如果A=10，則AF=0.909。

所以開環(huán)增益A越大，則實(shí)際增益與預(yù)期增益相差越小。

四、運(yùn)放的開環(huán)增益

我們一直說開環(huán)增益 ，那開環(huán)增益到底是什么

開環(huán)增益是指：運(yùn)放輸出端的電壓與運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間電位差的比值。

實(shí)際運(yùn)用中我們只需要看運(yùn)放的開環(huán)增益曲線就行了。實(shí)際運(yùn)用中我們是閉環(huán)使用。閉環(huán)使用的增益又跟開環(huán)增益有關(guān)，所以必須要掌握。在芯片手冊(cè)中

例如NE5532

OPA227,OPA228

五、總結(jié)

這就取決于設(shè)計(jì)上允許實(shí)際增益與預(yù)期增益的誤差。

實(shí)際增益與預(yù)期增益的誤差要求決定了所需的開環(huán)增益的大小。

但是，開環(huán)增益與頻率相關(guān)。頻率越高，則開環(huán)增益越小。

而開環(huán)增益不能小到實(shí)際增益與預(yù)期增益的誤差超出設(shè)計(jì)要求。

所以，反饋深度1+AF的大小決定了運(yùn)放電路傳輸系數(shù)(即增益)的準(zhǔn)確程度。

而對(duì)運(yùn)放電路的反饋深度的要求實(shí)際上是對(duì)運(yùn)放的開環(huán)增益的要求。

當(dāng)然，運(yùn)放電路的閉環(huán)增益越高，反饋系數(shù)F就越小，則對(duì)開環(huán)增益A的要求就越高。

運(yùn)放電路需要在所有工作頻率上都滿足預(yù)期要求，而最高工作頻率上滿足要求就成為基本條件——這就決定了所需運(yùn)放器件的速度指標(biāo)。

六、例子

要求該電路在1kHz~100kHz頻率范圍內(nèi)，增益達(dá)到10。

從計(jì)算上來說，這個(gè)電路的增益應(yīng)該是(1+R2/R1)=10.1。這就是預(yù)期增益。

但是，如果運(yùn)放芯片選取LM358，則在100kHz頻率上的實(shí)際增益大概只能達(dá)到5，而在1kHz頻率上，實(shí)際增益可以達(dá)到9.9。

為什么呢?——這是因?yàn)檫\(yùn)放LM358的速度不夠，當(dāng)頻率從1kHz升高到100kHz時(shí)開環(huán)增益下降過多所致。

同時(shí)轉(zhuǎn)換速率也是制約運(yùn)放工作的重要因素之一。

運(yùn)放的速度指標(biāo)決定了運(yùn)放最高可以在什么頻率上有效工作?！@里的有效，指的是實(shí)際的閉環(huán)增益與預(yù)期的閉環(huán)增益之間的誤差完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

所以，需要了解運(yùn)放的速度指標(biāo)，并且能夠運(yùn)用其速度指標(biāo)正確設(shè)計(jì)運(yùn)放電路。

實(shí)際上，此處“正確設(shè)計(jì)運(yùn)放電路”指的是正確選擇運(yùn)放型號(hào)。

從原理上來說，需要了解運(yùn)算放大器在速度上的一些基本處理方法。