簡(jiǎn)述運(yùn)算放大器增益誤差設(shè)計(jì)
出處:昨夜有風(fēng) 發(fā)布于:2011-08-25 13:10:53
運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱"運(yùn)放")是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中,通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中,用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算,故得名"運(yùn)算放大器".運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元,可以由分立的器件實(shí)現(xiàn),也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類(lèi)繁多,廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)。運(yùn)算放大器的效能都已經(jīng)逐漸接近理想運(yùn)算放大器的要求。早期的運(yùn)算放大器是使用真空管設(shè)計(jì),現(xiàn)在則多半是集成電路式的元件。但是如果系統(tǒng)對(duì)于放大器的需求超出集成電路放大器的需求時(shí),常常會(huì)利用分立式元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特殊規(guī)格的運(yùn)算放大器。
運(yùn)算放大器是差分輸入、單端輸出的極高增益放大器,常用于高模擬電路,因此必須測(cè)量其性能。但在開(kāi)環(huán)測(cè)量中,其開(kāi)環(huán)增益可能高達(dá)10或更高,而拾取、雜散電流或塞貝克(熱電偶)效應(yīng)可能會(huì)在放大器輸入端產(chǎn)生非常小的電壓,這樣誤差將難以避免。
不要再反復(fù)檢查您的電阻值了!在增益單元中設(shè)計(jì)某個(gè)放大器時(shí),為這項(xiàng)工作選擇備選放大器時(shí)您需要了解一些事情。例如,您的信號(hào)帶寬 (SBW) 是多少?放大器閉環(huán)噪聲增益 (NG) 是多少,以及考慮中的放大器的增益帶寬產(chǎn)品 (GBWP) 是什么?另外,您想要容許多少增益誤差?閉環(huán)噪聲增益就是放大器增益,就像一個(gè)小電壓源與運(yùn)算放大器同相輸入串聯(lián)。
讓我們通過(guò)例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。例如,以1 MHz信號(hào)帶寬 (SBW) 開(kāi)始,圖 1 所示放大器電路噪聲增益(NG = 1 + 9R/R)為10V/V.圖1還顯示了具有相對(duì)于該電路剛好足夠帶寬的放大器的開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng);或者您認(rèn)為合適的開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)。放大器 GBWP 為 16 MHz.

圖1:該電壓反饋放大器的開(kāi)環(huán)增益和閉環(huán)增益具有16 MHz的增益帶寬產(chǎn)品和10 V/V的電路噪聲增益。
由圖 1 所示可知,像它這樣的運(yùn)算放大器可以支持 1 MHz 頻率 10 V/V (20 dB) 的增益,但我們需要進(jìn)一步研究。SBW 開(kāi)環(huán)增益曲線的增益為:

在我們的例子中,1 MHz頻率下放大器的開(kāi)環(huán)增益 (AVOL-SBW) 等于 16 V/V.但是,沒(méi)什么好抱怨的。該電路的閉環(huán)增益誤差等于 NG/(AOL-SBW + NG)。在我們的例子中,1 MHz 閉環(huán)增益誤差等于 0.385,即 38.5% 的增益誤差!
就該電路而言,如果您想要容許放大器 0.05 的增益誤差,同時(shí)您知道因產(chǎn)品和溫度的不同,放大器的 GBWP 會(huì)改變 30% 值,則您需要一個(gè)具有 247 MHz GBWP 的放大器。產(chǎn)品選擇部分的指導(dǎo)公式如下:

在為您的電路選擇放大器時(shí),請(qǐng)使用該公式獲得過(guò)關(guān)。在您確定放大器的帶寬以后,您便可以開(kāi)始深入研究您應(yīng)用的其它重要放大器特性,例如:電壓補(bǔ)償或噪聲。
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