運放電路分析基礎

首先提一下分析的誤差因素：

A.運放的非理想因素(直流部分)：

運算放大器的輸入結構：

1.失調(diào)電壓(Offset Voltage)：

該參數(shù)表示使輸出電壓為零時需要在輸入端作用的電壓差。它是由構成輸入端差分放大器的管子(NPN，PNP，PMOS，NMOS)參數(shù)并不是完全對稱的【對于晶體管來說主要是Ube和Ueb的對稱性，對于JFET來說主要是Ugs，這個不對稱的電壓完全可以看成人為的加了一個電壓源】，這就引起了失調(diào)電壓，實際在說明書中的數(shù)值是通過實驗測量抵消這一電壓必須在輸入端加一個與之反相的電壓。

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，一般在說明書中采用失調(diào)電壓的溫度系數(shù)來使用。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?！具@里有個有趣的事情，一般給的Tc_vos一般偏小，而在極端溫度下測得的失調(diào)電壓一般要大于常溫下測試得到的最大失調(diào)電壓+溫升×Tc_vos，我們只能認為這個過程是Tc_vos是變化的，如果要計算惡劣的話，最好去最壞分析的情況?！?/p>

另外一點就是老化的問題：失調(diào)電壓的漂移的大小是隨時間而變化，它一般以mV/月或者mV/1,000小時來定義，這個非線性的函數(shù)與運放期間使用時間的平方根成正比。這個數(shù)據(jù)一般不可得的，因此在計算的時候要使用最壞分析得到這個結果。PS：老化一般很難在計算時加入，但是非加入不可。首先是汽車，一般用10年15萬公里是很常見的，更別說儀器了，往往用用15年以上。

測試方法：

2.偏置電流(Bias Current)

該參數(shù)是指運放輸入級電流平均值【IB+，IB-的平均值】，由構成輸入端差分放大器管子(NPN，PNP，PMOS，NMOS)的基極或柵極電流構成?！具\算放大器不提供輸入級偏置電流的電流源，是為了運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)越小代表信號源的內(nèi)阻對運放的影響越小，同時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)是指流入兩個輸入端的電流之差【IB+，IB-的差值】，也就是兩個輸入端管子的偏置電流差值。

測試方法：

說明一點：有個帖子是不錯的，怎樣測試運放的失調(diào)電壓和偏置電流?在測試時候開關是不能亂加的，開關有導通電阻和斷開電阻，而后者如果在我們的Rf相當時會產(chǎn)生非常大的誤差。同樣的，如果測試的電流較小的時候，電容的非理想特性的泄漏電阻也會產(chǎn)生影響，因此測量微弱電流的情況下，可能兩個東東都不能加。以上方法只是測試相對正常的偏置電流。

4.差模開環(huán)放大增益(Open Loop Gain)

運放在無外加反饋條件下，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。在說明書里面一般以Open Loop Gain表明。

測試方法：

用閉環(huán)的方法測試開環(huán)的增益，不過這里要注意信號源不能太大。可用交流的電壓測量。

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的能力，一般定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數(shù)(差模開環(huán)放大增益)與對共模信號的電壓放大倍數(shù)之比，稱為共模抑制比。

測試方法：

6.差模輸入電阻

運放工作在線性區(qū)時，兩輸入端的電壓變化量與對應的輸入端電流變化量的比值。

7.共模輸入電阻

運放工作在輸入信號時(即運放兩輸入端輸入同一個信號)，共模輸入電壓的變化量與對應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。

測試方法：

分析運放以TI公司的為例(面廣，主要是公司用的很多TI的運放在汽車電子上面)以后分析使用典型運放的參數(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有詳細的關于每款電阻的最大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)過試驗后電阻精度會改變。電阻考慮的還有抵抗實驗和焊接后的特性，如圖：

我們需要把這些精度退化通過公式計算后才能用，MIL定義為：

具體計算過程可以看Blog：電阻精度分析

C.信號源內(nèi)阻

首先把輸入電阻和輸出電阻的概念辨析一下：

輸入電阻是用來衡量放大器對信號源的影響的一個性能指標。輸出電阻用來衡量放大器帶負載能力的強弱。輸入電阻越大表明放大器從信號源取的電流越小，放大器輸入端得到的信號電壓也越大，即信號源電壓衰減的少。輸出電阻用來衡量放大器帶負載能力的強弱。當放大器將放大了的信號輸出給負載電阻時，放大器可以等效為具有內(nèi)阻Ro的信號源，由這個信號源向RL提供輸出信號電壓和輸出信號電流。Ro稱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。

對于我們放大來說，前面的輸出就是后面的輸入，也就是說我們的對象可能并不是真正的初始信號源，而是經(jīng)過處理后的信號源，因此我們要注意本級放大器的信號輸入電壓范圍和信號輸入內(nèi)阻。