運(yùn)放電路分析基礎(chǔ)

首先提一下分析的誤差因素：

A.運(yùn)放的非理想因素(直流部分)：

運(yùn)算放大器的輸入結(jié)構(gòu)：

1.失調(diào)電壓(Offset Voltage)：

該參數(shù)表示使輸出電壓為零時(shí)需要在輸入端作用的電壓差。它是由構(gòu)成輸入端差分放大器的管子(NPN，PNP，PMOS，NMOS)參數(shù)并不是完全對(duì)稱(chēng)的【對(duì)于晶體管來(lái)說(shuō)主要是Ube和Ueb的對(duì)稱(chēng)性，對(duì)于JFET來(lái)說(shuō)主要是Ugs，這個(gè)不對(duì)稱(chēng)的電壓完全可以看成人為的加了一個(gè)電壓源】，這就引起了失調(diào)電壓，實(shí)際在說(shuō)明書(shū)中的數(shù)值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量抵消這一電壓必須在輸入端加一個(gè)與之反相的電壓。

失調(diào)電壓的溫度漂移：失調(diào)電壓是隨著溫度的變化而改變，一般在說(shuō)明書(shū)中采用失調(diào)電壓的溫度系數(shù)來(lái)使用。如果給出了全溫度范圍內(nèi)的最大數(shù)據(jù)，則可以采用折算的辦法。【這里有個(gè)有趣的事情，一般給的Tc_vos一般偏小，而在極端溫度下測(cè)得的失調(diào)電壓一般要大于常溫下測(cè)試得到的最大失調(diào)電壓+溫升×Tc_vos，我們只能認(rèn)為這個(gè)過(guò)程是Tc_vos是變化的，如果要計(jì)算惡劣的話(huà)，最好去最壞分析的情況。】

另外一點(diǎn)就是老化的問(wèn)題：失調(diào)電壓的漂移的大小是隨時(shí)間而變化，它一般以mV/月或者mV/1,000小時(shí)來(lái)定義，這個(gè)非線(xiàn)性的函數(shù)與運(yùn)放期間使用時(shí)間的平方根成正比。這個(gè)數(shù)據(jù)一般不可得的，因此在計(jì)算的時(shí)候要使用最壞分析得到這個(gè)結(jié)果。PS：老化一般很難在計(jì)算時(shí)加入，但是非加入不可。首先是汽車(chē)，一般用10年15萬(wàn)公里是很常見(jiàn)的，更別說(shuō)儀器了，往往用用15年以上。

測(cè)試方法：

2.偏置電流(Bias Current)

該參數(shù)是指運(yùn)放輸入級(jí)電流平均值【IB+，IB-的平均值】，由構(gòu)成輸入端差分放大器管子(NPN，PNP，PMOS，NMOS)的基極或柵極電流構(gòu)成?！具\(yùn)算放大器不提供輸入級(jí)偏置電流的電流源，是為了運(yùn)放能獲取盡可能寬的共模輸入電壓范圍(直接耦合)】，此參數(shù)越小代表信號(hào)源的內(nèi)阻對(duì)運(yùn)放的影響越小，同時(shí)它也影響著輸入失調(diào)電流的大小。

3.失調(diào)電流(Offset Current)

該參數(shù)是指流入兩個(gè)輸入端的電流之差【IB+，IB-的差值】，也就是兩個(gè)輸入端管子的偏置電流差值。

測(cè)試方法：

說(shuō)明一點(diǎn)：有個(gè)帖子是不錯(cuò)的，怎樣測(cè)試運(yùn)放的失調(diào)電壓和偏置電流?在測(cè)試時(shí)候開(kāi)關(guān)是不能亂加的，開(kāi)關(guān)有導(dǎo)通電阻和斷開(kāi)電阻，而后者如果在我們的Rf相當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的誤差。同樣的，如果測(cè)試的電流較小的時(shí)候，電容的非理想特性的泄漏電阻也會(huì)產(chǎn)生影響，因此測(cè)量微弱電流的情況下，可能兩個(gè)東東都不能加。以上方法只是測(cè)試相對(duì)正常的偏置電流。

4.差模開(kāi)環(huán)放大增益(Open Loop Gain)

運(yùn)放在無(wú)外加反饋條件下，輸出電壓的變化量與輸入電壓的變化量(差模放大倍數(shù))之比。在說(shuō)明書(shū)里面一般以O(shè)pen Loop Gain表明。

測(cè)試方法：

用閉環(huán)的方法測(cè)試開(kāi)環(huán)的增益，不過(guò)這里要注意信號(hào)源不能太大?？捎媒涣鞯碾妷簻y(cè)量。

5.共模抑制比 CMRR Common Mode Rejection Ratio

該參數(shù)主要是表征放大器抑制輸入共模信號(hào)的能力，一般定義為放大器對(duì)差模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)(差模開(kāi)環(huán)放大增益)與對(duì)共模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)之比，稱(chēng)為共模抑制比。

測(cè)試方法：

6.差模輸入電阻

運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)時(shí)，兩輸入端的電壓變化量與對(duì)應(yīng)的輸入端電流變化量的比值。

7.共模輸入電阻

運(yùn)放工作在輸入信號(hào)時(shí)(即運(yùn)放兩輸入端輸入同一個(gè)信號(hào))，共模輸入電壓的變化量與對(duì)應(yīng)的輸入電流變化量之比。一般共模輸入電阻要比差模輸入電阻高很多。

測(cè)試方法：

分析運(yùn)放以TI公司的為例(面廣，主要是公司用的很多TI的運(yùn)放在汽車(chē)電子上面)以后分析使用典型運(yùn)放的參數(shù)：

B.電阻的誤差

以KOA電阻為例(數(shù)據(jù)全)，各種電阻的初始精度和PPM如圖。

KOA數(shù)據(jù)

KOA有詳細(xì)的關(guān)于每款電阻的最大PPM如圖(RN73系列為例)：

以上電阻精度為初始精度，也就是電阻制造完成后未使用的離散精度。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后電阻精度會(huì)改變。電阻考慮的還有抵抗實(shí)驗(yàn)和焊接后的特性，如圖：

我們需要把這些精度退化通過(guò)公式計(jì)算后才能用，MIL定義為：

具體計(jì)算過(guò)程可以看Blog：電阻精度分析

C.信號(hào)源內(nèi)阻

首先把輸入電阻和輸出電阻的概念辨析一下：

輸入電阻是用來(lái)衡量放大器對(duì)信號(hào)源的影響的一個(gè)性能指標(biāo)。輸出電阻用來(lái)衡量放大器帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱。輸入電阻越大表明放大器從信號(hào)源取的電流越小，放大器輸入端得到的信號(hào)電壓也越大，即信號(hào)源電壓衰減的少。輸出電阻用來(lái)衡量放大器帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱。當(dāng)放大器將放大了的信號(hào)輸出給負(fù)載電阻時(shí)，放大器可以等效為具有內(nèi)阻Ro的信號(hào)源，由這個(gè)信號(hào)源向RL提供輸出信號(hào)電壓和輸出信號(hào)電流。Ro稱(chēng)為放大器的輸出電阻，它是從放大器輸出端向放大器本身看入的交流等效電阻。

對(duì)于我們放大來(lái)說(shuō)，前面的輸出就是后面的輸入，也就是說(shuō)我們的對(duì)象可能并不是真正的初始信號(hào)源，而是經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)源，因此我們要注意本級(jí)放大器的信號(hào)輸入電壓范圍和信號(hào)輸入內(nèi)阻。