A. 运放的参数
运算放大器的性能指标
1.输入失调电压VIO(input offset voltage) :输入电压为零时,将输出电压除以电压增益,再加上负号,即为折算到输入端的失调电压。亦即使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。VIO是表征运放内部电路对称性或者反映了输入级差分对管的失配程度,一般Vos约为(1~10)mV,高质量运放Vos在1mV以下。
2.输入失调电压温漂 :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之比值。 该参数是指Vos在规定工作范围内的温度系数,是衡量运放温度影响的重要指标。一般情况下约为(10~30)uV/摄氏度,高质量的可做<0.5uV/C(摄氏度)。
3.输入失调电流IIO(input offset current):在零输入时,差分输入级的差分对管基极电流之差,II0=|IB1-IB2|。用于表征差分级输入电流不对称的程度。通常,Ios为(0.5~5)nA,高质量的可低于1nA。
4.输入失调电流温漂 :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。 它是指II0在规定工作范围内的温度系数,也是衡量运放受温度影响的重要指标,通常约为(1~50)nA/C,高质量的约为几个pA/C。
5.输入偏置电流IB(input bias current):运放两个输入端偏置电流的平均值,确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。
6.最大差模输入电压 (maximum differential mode input voltage):运放两输入端能承受的最大差模输入电压,超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。平面工艺制成的NPN管,其值在5V左右,横向PNP管的Vidmax可达+——30V以上。
7.最大共模输入电压 (maximum common mode input voltage):在保证运放正常工作条件下,共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时,输入差分对管出现饱和,放大器失去共模抑制能力。
B. 运放,比较器几个参数的解释
在表的第三列中就有解释。
输入偏置电流(Ibias)就是输入电流,但一般是说“输入偏置电流”,以避免与其他输入电流产生误解。输入偏置电流是运放的输出在线性范围(在输出电压上、下轨之间)的条件下测得的同相端或反相端电流。一般运放同相端和反相端内部电路是相同的,输入电流Iin+与Iin-也基本相同。
输入失调电流(Ios)。由于内部输入级晶体管在微观构造上无法完全相同,所以Iin+与Iin-是无法完全相等的,它们之间的差就是输入失调电流,Ios=Iin+ - Iin-。
电源电流(Icc),集成块内部的各运放单元输出均在开路即无负载状态时,测得的电源引脚供电电流。
C. 运放有哪些重要的参数指标
【运放的主要参数】集成运放的参数较多,其中主要参数分为直流指标和交流指标。
1、直流指标又分为:
(1)输入失调电压VIO:输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时,两个 输入端之间所加的补偿电压。输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入失调电压在±1~10mV之间;采用场效应管做输入级的,输入失调电压会更大一些。对于精密运放,输入失调电压一般在 1mV以下。输入失调电压越小,直流放大时中间零点偏移越小,越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
(2)输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)αVIO:输入失调电压的温度漂移定义为在给定的温度范围内, 输入失调电压的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电压的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间,精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。
(3)输入偏置电流IIB:输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其 两输入端的偏置电流平均值。输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏置电流与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入偏置电流在±10nA~1μA之间;采用场效应管做输入级的,输入偏置电流一般低于1nA。
(4)输入失调电流IIO:输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其 两输入端偏置电流的差值。输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电流越小。输入失调电流是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏置电流的百分之一到十分之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响,特别是运放 外部采用较大的电阻(例如10k或更大时),输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失调电流越小,直流放大时中间零点偏移越 小,越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
(5)输入失调电流的温度漂移(简称输入失调电流温漂):输入偏置电流的温度漂移定义为在给定的温度范围内, 输入失调电流的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电流的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。输入失调电流温漂一般只是在精密运放参数中给出,而且是在用以直流信号处理或是小信号处理时才需要关注。
(6)差模开环直流电压增益:差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时, 运放输出电压与差模电压输入电压的比值。由于差模开环直流电压增益很大,大多数运放的差模开环直流电压增益一般在数万倍或更多,用数值直接表示不方便比较,所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的差模开环直流电压增益在 80~120dB之间。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数,为了便于比较,一般采用差模开环直流电压增益。
(7)共模抑制比:共模抑制比定义为当运放工作于线性区时,运放差模增益与共模增益的比值。共模抑制比是一个极为重要的指标,它能够抑制差模输入==模干扰信 号。由于共模抑制比很大,大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多,用数值直接表示不方便比较,所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的共模抑制比在80~120dB之间。
(8)电源电压抑制比:电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时,运放输 入失调电压随电源电压的变化比值。电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。目前电源电压抑制比只能做到80dB左右。所以用作直流信号处理或是小 信号处理模拟放大时,运放的电源需要作认真细致的处理。当然,共模抑制比高的运放,能够补偿一部分电源电压抑制比,另外在使用双电源供电时,正负电源的电源电压抑制比可能不相同。
(9)输出峰-峰值电压:输出峰-峰值电压定义为,当运放工作于线性区时,在指定的负载下,运放在当前大电源电压供电时,运放能够输出的最大电压幅度。除低压运放外,一般运放的输出输出峰-峰值电压大于±10V。一般运放的输出峰 -峰值电压不能达到电源电压,这是由于输出级设计造成的,现代部分低压运放的输出级做了特殊处理,使得在10k负载时,输出峰-峰值电压接近到电源电压 的50mV以内,所以称为满幅输出运放,又称为轨到轨(raid-to-raid)运放。需要注意的是,运放的输出峰-峰值电压与负载有关,负载不同,输 出峰-峰值电压也不同;运放的正负输出电压摆幅不一定相同。对于实际应用,输出峰- 峰值电压越接近电源电压越好,这样可以简化电源设计。但是现在的满幅输出运放只能工作在低压,而且成本较高。
(10)最大共模输入电压:最大共模输入电压定义为,当运放工作于线性区时,在 运放的共模抑制比特性显著变坏时的共模输入电压。一般定义为当共模抑制比下降6dB 是所对应的共模输入电压作为最大共模输入电压。最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围,在有干扰的情况下,需要在电路设计中注意这个问题。
(11)最大差模输入电压:最大差模输入电压定义为,运放两输入端允许加的最大输入电压差。当运放两输入端允许加的输入电压差超过最大差模输入电压时,可能造成运放输入级损坏。
2、主要交流指标包括:
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
(6)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。
(7)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。
(8)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。
(9)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。
【选择运放主要看的参数】设计者必须综合考虑设计目标的信号电平,闭环增益,要求精度,所需带宽,电路阻抗,环境条件及其他因素,并把设计要求的性能转换成运放的参数,建立各个参数的取值以及它们随温度、时间、电流电压等变化的范围。
D. 运放有哪些重要的参数指标
运放的参数名目很多,基本分为两类,即直流特性参数和交流特性参数。
重要的直流参数如下:
①输入失调电压Vio
运放输出直流电压为零时,两输入端之间所加的补偿电压称为输入失调电压。
②输入失调电压的温度系数αVio
在一定的温度变化范围内,失调电压的变化与温度变化的比值称为输入失调电压的温度系数。
③输入偏置电流Iib
运放输出直流电压为零时,两输入端偏置电流的平均值称为输入偏置电流。
④输入失调电流Iio
运放输出直流电压为零时,两输入端偏置电流的差值称为输入失调电流。
⑤差模开环直流电压增益Avd
运放工作于线性区,输入差模直流电压,其输出电压变化ΔVo与差模输入电压变化ΔVi之比,称为差模开环直流电压增益。
⑥共模抑制比Kcmr
运放工作于线性区,其差模电压增益与共模电压增益之比称为共模抑制比。
⑦电源电压抑制比Ksvr
运放工作于线性区,输入失调电压随电源电压改变的变化率称为电源电压抑制比。
⑧输出峰-峰电压Vopp
在特定负载条件下,运放能输出的最大电压幅度。
⑨最大共模输入电压Vicm
当运放的共模抑制特性显著变坏时的共模输入电压称为最大共模输入电压。
⑩最大差模输入电压Vidm
指运放两输入端所允许加上的最大电压差。
重要的交流参数如下:
①开环带宽BW
运放的开环电压增益值从直流增益下降3dB所对应的信号频率称为开环带宽。
②单位增益带宽GB
运放在闭环增益为1状态下,用正弦小信号驱动情况下,其闭环增益下降至0.707倍时的频率。
③转换速率(压摆率)SR
额定负载条件下,输入阶跃大信号,运放输出电压的最大变化率称为转换速率。
④全功率带宽BW
额定负载条件下,运放闭环增益为1时,输入正弦大信号,使运放输出电压幅度达到最大(须具一定失真度条件)的信号频率,称为功率带宽。
⑤建立时间ts
一定负载条件下,运放闭环增益为1时,输入阶跃大信号,运放输出电压达到某一特定值的范围时所需要的时间ts称为建立时间。
⑥等效输入噪声电压En
屏蔽条件良好情况下,无信号输入,运放输出端产生的任何交流无规则的干扰电压,称为电路的输出噪声电压,。把输出噪声电压换算到输入端时就称为等效输入噪声电压。
⑦差模输入阻抗Zid
通常称为输入阻抗。运放工作于线性区,两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量之比称为差模输入阻抗。
⑧共模输入阻抗Zic
运放工作于共模信号时,共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比,称为共模输入阻抗。
⑨输出阻抗Zo
运放工作于线性区,在输出端加上信号电压后,此电压变化量与对应的电流变化量之比称为输出阻抗。
E. 交流运放电路的基本参数有哪些
运放最重要的交流参数就是转换速率SR(运放在处理大信号时最高工作频率主要由它决定)和增益带宽积GBW(该参数决定着运放在放大小信号时的最高工作频率)。此外还有上升时间ts。
F. 理想运算放大器的主要参数
icl7650斩波稳零运算放大器的原理1.共模输入电阻(RINCM)该参数表示运算放大器工作在线性区时,输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。
2.直流共模抑制(CMRDC)该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。
3.交流共模抑制(CMRAC)CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力,是差模开环增益除以共模开环增益的函数。
4.增益带宽积(GBW)增益带宽积AOL ƒ是一个常量,定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。
5.输入偏置电流(IB)该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。
6.输入偏置电流温漂(TCIB)该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。TCIB通常以pA/°C为单位表示。
7.输入失调电流(IOS)该参数是指流入两个输入端的电流之差。
8.输入失调电流温漂(TCIOS)该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。TCIOS通常以pA/°C为单位表示。
9.差模输入电阻(RIN)该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比,电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测量时,另一输入端接固定的共模电压。
10.输出阻抗(ZO)该参数是指运算放大器工作在线性区时,输出端的内部等效小信号阻抗。
11.输出电压摆幅(VO)该参数是指输出信号不发生箝位的条件下能够达到的最大电压摆幅的峰峰值,VO一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。
12.功耗(Pd)表示器件在给定电源电压下所消耗的静态功率,Pd通常定义在空载情况下。
13.电源抑制比(PSRR)该参数用来衡量在电源电压变化时运算放大器保持其输出不变的能力,PSRR通常用电源电压变化时所导致的输入失调电压的变化量表示。
14.转换速率/压摆率(SR)该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。SR通常以V/µs为单位表示,有时也分别表示成正向变化和负向变化。
15.电源电流(ICC、IDD)该参数是在指定电源电压下器件消耗的静态电流,这些参数通常定义在空载情况下。
16.单位增益带宽(BW)该参数指开环增益大于1时运算放大器的最大工作频率。
17.输入失调电压(VOS)该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。
18.输入失调电压温漂(TCVOS)该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化,通常以µV/°C为单位表示。
19.输入电容(CIN)CIN表示运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容(另一输入端接地)。
20.输入电压范围(VIN)该参数指运算放大器正常工作(可获得预期结果)时,所允许的输入电压的范围,VIN通常定义在指定的电源电压下。
21.输入电压噪声密度(eN)对于运算放大器,输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联噪声电压源,eN通常以 nV / 根号Hz 为单位表示,定义在指定频率。
22.输入电流噪声密度(iN)对于运算放大器,输入电流噪声可以看作是两个噪声电流源,连接到每个输入端和公共端,通常以 pA / 根号Hz 为单位表示,定义在指定频率。
运算放大器是用途广泛的器件,接入适当的反馈网络,可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器
G. 需要考虑运放的哪些参数呢
主要参数:
1.共模输入电阻(RINCM)该参数表示运算放大器工作在线性区时,输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。
2.直流共模抑制(CMRDC)该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。
3.交流共模抑制(CMRAC)CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力,是差模开环增益除以共模开环增益的函数。
4.增益带宽积(GBW)增益带宽积AOL ƒ是一个常量,定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。
5.输入偏置电流(IB)该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。
6.输入偏置电流温漂(TCIB)该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。TCIB通常以pA/°C为单位表示。
7.输入失调电流(IOS)该参数是指流入两个输入端的电流之差。
8.输入失调电流温漂(TCIOS)该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。TCIOS通常以pA/°C为单位表示。
9.差模输入电阻(RIN)该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比,电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测量时,另一输入端接固定的共模电压。
10.输出阻抗(ZO)该参数是指运算放大器工作在线性区时,输出端的内部等效小信号阻抗。
11.输出电压摆幅(VO)该参数是指输出信号不发生箝位的条件下能够达到的最大电压摆幅的峰峰值,VO一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。
icl7650斩波稳零运算放大器的原理
12.功耗(Pd)表示器件在给定电源电压下所消耗的静态功率,Pd通常定义在空载情况下。
13.电源抑制比(PSRR)该参数用来衡量在电源电压变化时运算放大器保持其输出不变的能力,PSRR通常用电源电压变化时所导致的输入失调电压的变化量表示。
14.转换速率/压摆率(SR)该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。SR通常以V/µs为单位表示,有时也分别表示成正向变化和负向变化。
15.电源电流(ICC、IDD)该参数是在指定电源电压下器件消耗的静态电流,这些参数通常定义在空载情况下。
16.单位增益带宽(BW)该参数指开环增益大于1时运算放大器的最大工作频率。
17.输入失调电压(VOS)该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。
18.输入失调电压温漂(TCVOS)该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化,通常以µV/°C为单位表示。
19.输入电容(CIN)CIN表示运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容(另一输入端接地)。
20.输入电压范围(VIN)该参数指运算放大器正常工作(可获得预期结果)时,所允许的输入电压的范围,VIN通常定义在指定的电源电压下。
21.输入电压噪声密度(eN)对于运算放大器,输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联噪声电压源,eN通常以 nV / 根号Hz 为单位表示,定义在指定频率。
22.输入电流噪声密度(iN)对于运算放大器,输入电流噪声可以看作是两个噪声电流源,连接到每个输入端和公共端,通常以 pA / 根号Hz 为单位表示,定义在指定频率。
运放规范:
通用型
通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例mA741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
精密运放
精密运算放大器一般指失调电压低于1mV的运放并同时强调失调电压随温度的变化漂移值要小于100V。对于直流输入信号,VOS和它的温漂足够小就行了,但对于交流输入信号,我们还必须考虑运放的输入电压噪声和输入电流噪声,在很多应用情况下输入电压噪[1] 声和输入电流噪声显得更为重要一些。同时,很多应用设计中需要使用可编程高精密运算放大器(PVGA),在信号链中对放大倍数进行动态调整。
在用于实现许多高端传感器的输入处理设计时,如何选择最佳的精密运算放大器却存在一些挑战。
在传感器类型和(或)其使用环境带来许多特别要求时,例如超低功耗、低噪声、零漂移、轨到轨输入及输出、可靠的热稳定性和对数以千计读数和(或)在恶劣工作条件下提供一致性能的可再现性,运算放大器的选择就会变得特别困难。
在基于传感器的复杂应用中,设计者需要进行多方面考虑,以便获得规格与性能最佳组合的精密运算放大器,同时还需要考虑成本。具体而言,斩波稳定型运算放大器(零漂移放大器)非常适用于要求超低失调电压以及零漂移的应用。斩波运算放大器通过持续运行在芯片上实现的校准机制来达到高DC精度。
精密运算放大电路与普通运算放大电路的区别:
普通运算放大电路构成一般类似,精密放大电路会多一些电源去耦,滤波等特殊设计的电路。主要区别在于运算放大器上,精密运算放大器的性能比一般运放好很多,比如开环放大倍数更大,CMRR更大,速度比较慢,GBW,SR一般比较小。失调电压或失调电流比较小,温度漂移小,噪声低等等。好的精密运放的性能远不是一般运算放大器可以比得,一般运放的失调往往是几个mV,而精密运放可以小到1uV的水平。要放大微小的信号,必须用精密运放,用了一般的运放,它自身都会带入很大的干扰。要通过外围电路改善,小幅或者微调可以,但无法大幅度或者彻底改变。
将来随着各种新型传感器的推出,人们对电子设备性能要求越来越高,大量自动化设备投入使用,低失调、低噪声的高精密放大器将会在医疗电子、测量仪表、汽车电子、工业自动化设备等领域大显身手。高精密运算放大器的性能指标将与时俱进,向着更低电压电流噪声更低的失调电压、更低的失调电压温漂、更大带宽、更小功耗、更高电压方向不断创新,产品不断推陈出新,满足客户不断提高的设计需求。
最常用的精密运放就是OP07,以及它的家族,OP27,OP37,OP177,OPA2333。其他的还有很多,比如美国AD公司的产品,很多都是OPA带头的。
高阻型
这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>(109~1012)W,IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
低温漂型
在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。
高速型
在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。
低功耗型
由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携
运算放大器
式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单节电池供电。
高压大功率型
运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V,mA791集成运放的输出电流可达1A。
使用说明
正确选择集成运算放大器
集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件。在由运算放大器组成的各种系统中,由于应用要求不一样,对运算放大器的性能要求也不一样。
在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成运放,这样既可降低成本,又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时,尽可能选用多运放集成电路,例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。
评价集成运放性能的优劣,应看其综合性能。一般用优值系数K来衡量集成运放的优良程度,其定义为:式中,SR为转换率,单位为V/ms,其值越大,表明运放的交流特性越好;Iib为运放的输入偏置电流,单位是nA;VOS为输入失调电压,单位是mV。Iib和VOS值越小,表明运放的直流特性越好。所以,对于放大音频、视频等交流信号的电路,选SR(转换速率)大的运放比较合适;对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较的高的运放比较合适(既失调电流、失调电压及温飘均比较小)。
实际选择集成运放时,除优值系数要考虑之外,还应考虑其他因素。例如信号源的性质,是电压源还是电流源;负载的性质,集成运放输出电压和电流的是否满足要求;环境条件,集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求。
使用要点
1.集成运放的电源供给方式
集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE,但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式,对输入信号的要求是不同的。
(1)对称双电源供电方式
运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端(地)的正电源(+E)与负电源(-E)分别接于运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种方式下,可把信号源直接接到运放的输入脚上,而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。
(2)单电源供电方式
单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点,在运放输入端一定要加入一直流电位,如图3.2.1所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图3.2.1交流放大器,静态时,运算放大器的输出电压近似为VCC/2,为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。
图3.2.1 运算放大器单电源供电电路
2.集成运放的调零问题
由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响,当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时,输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿,这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零,而对于没有内部调零端子的集成运放,要采用外部调零方法。下面以mA741为例,图3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电路;图(b)是外部调零电路。
3.集成运放的自激振荡问题
运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器,在接成深度负反馈条件下,很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作,就需外加一定的频率补偿网络,以消除自激振荡。图3.2.3是相位补偿的使用电路。
图3.2.2 运算放大器的常用调零电路 图3.2.3 运算放大器的自激消除
另外,防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电解电容(10mF)和一高频滤波电容(0.01mF~0.1mF)。如图3.2.3所示。
4.集成运放的保护问题
集成运放的安全保护有三个方面:电源保护、输入保护和输出保护。
(1)电源保护。电源的常见故障是电源极性接反和电压跳变。电源反接保护和电源电压突变保护电路见图 3.2.4(a)、(b)所示。对于性能较差的电源,在电源接通和断开瞬间,往往出现电压过冲。图(b)中采用FET电流源和稳压管钳位保护,稳压管的稳压值大于集成运放的正常工作电压而小于集成运放的最大允许工作电压。FET管的电流应大于集成运放的正常工作电流。
(2)输入保护。集成运放的输入差模电压过高或者输入共模电压过高(超出该集成运放的极限参数范围),集成运放也会损坏。图3.2.5 所示是典型的输入保护电路。
图3.2.4 集成运放电源保护电路 图3.2.5 集成运放输入保护电路
(3)输出保护。当集成运放过载或输出端短路时,若没有保护电路,该运放就会损坏。但有些集成运放内部设置了限流保护或短路保护,使用这些器件就不需再加输出保护。对于内部没有限流或短路保护的集成运放,可以采用图3.2.6所示的输出保护电路。在图3.2.6电路中,当输出保护时,由电阻R起限流保护作用。
β
H. 信号调理电路的运放怎么选择,要看哪些参数
信号调理电路的运放怎么选择?要看哪些参数?
答:我们公司所使用的井下高温仪器,底下1500m深,井下压力虽然大,但是可以由金属罩罩住,但是井下温度都是在100℃左右,无法避免,得购买耐高温的运放块来工作。见下图所示。
虽然价格比较贵,但它可以长期的在高温下采集信号送给单片机,通过485芯片与地面进行通讯,来获取井下仪器的工作情况,其中包括流量、温度、压力及高温电机的开关状态和霍尔元件的位置情况。
OPA188-Q1
或者是采用OPA211运算放大器系列采用
TI
的专有零漂移技术,以提供低失调电压(最大为
25µV)并随时间推移和温度变化而实现接近零漂移的性能。此高精度低静态电流微型放大器系列提供高输入阻抗和摆幅为电源轨
15mV
之内的轨到轨输出。输入共模范围包括负电源轨。单电源或双电源可在
4V
至36V(±2V
至
±18V)范围内使用。OPA188-Q1
和
OPA2188-Q1
均采用
VSSOP-8
封装。单通道版本(OPA188-Q1)
的完整额定工作温度范围为
-40°C
至
+125°C,双通道版本
(OPA2188-Q1)
的完整额定工作温度范围为
-40°C
至
+105°C。
*宽电源电压:±2V
至
±18V;
*低失调电压:25µV(最大值);
*零漂移:0.03µV/°C;
*低噪声:8.8
nV/√Hz0.1Hz
至
10Hz
噪声:0.25µVPP;
*出色的
DC
精度:
○电源抑制比
(PSRR);142dB;
○共模抑制比
(CMRR):146dB
○开环路增益:136dB
*增益带宽:2MHz;
*静态电流:510µA(最大值)
*宽电源电压:±2V
至
±18V
轨至轨输出;
*输入包括负电源轨;
已过滤射频干扰
(RFI)
的输入。
如果提问者所需要的工作温度不是特别高,可以采用普通常温的系列运放块。
个人观点,仅供提问者参考一下。
知足常乐2019.8.19日于上海
I. 题图示电路含有运算放大器,求该电路T参数
看图,手写答案请看图。灵活运用理想运放的“虚短”和“虚断”性质,配合基尔霍夫定律,列出各约束方程,然后联立整理出T参数方程的形式即可。
J. 集成运算放大器的放大倍数与电路中哪些参数有关
从微观角度来说,跟集成运放中的中间级晶体管放大电路的放大倍数有关系,再具体一点,就是三极管共发射极电路的增益有关系。提高这个增益有助于提高运放的开环放大倍数。
从宏观角度来说,跟运放周围的电路构型有关系,也就是反馈系数有关系,反馈系数越高,增益越低。