运放使用总结篇 运放使用的指标

Posted 2021-09-07 学工科的皮皮志^_^

文章目录

• 前言
• 一、指标分类
• 二、“轨”的概念
• 三、运放的增益
• 四、运放的开环增益
• 五、总结
• 六、例子

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前言

前几篇我们讲了
运放使用总结篇(1) 运算放大器基本概念简介
运放使用总结篇(2) 运算放大器使用注意事项
运放使用总结篇(3) 运放供电情况下的偏置
今天我们来学习运放使用时要注意哪些指标！

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一、指标分类

1. 运算放大器的指标大致可以分为三大类：速度指标、精度指标、环境指标。

2. 运算放大器的速度指标有两个：一个是带宽增益积（或单位增益带宽）；另一个是转换速率。
   其中转换速率我们已经讲过了，大家可以看这一篇：转换速率

3. 带宽增益积是从频域上描述运放的工作速度，而转换速率则是从时域上描述运放的工作速度。

4. 带宽增益积决定了运放电路（由运放构成的各种线性电路）的最高工作频率。

5. 转换速率决定了运放电路能够输出波形的最大变化率。

6. 精度指标决定了在直流情况或输入缓变信号情况下运放电路传递函数的误差程度。

7. 环境指标则用于描述运放与运放外部环境的适应能力。

8. 运放的外部环境包括：电源供电、输入电压、输出电压与负载情况等。

9. 运放的指标往往在不同的环境条件下而不同，这种情况一般用变化曲线来描述。

二、“轨”的概念

1. 运算放大器的输出电压范围：最高不能超过正电源电压，最低不能超过负电源电压
2. 所以运放最大输出被正负电源电压所限，称为“轨”，即Rail。称为“正电源轨”和“负电源轨”
3. 一般双极型管运放最高输出电压比正电源轨略低，最低输出电压比负电源轨略高，大约相差1~2V。
4. 但是场效应管运放可以做到最高输出电压非常接近正电源轨，最低输出电压非常接近负电源轨，大约相差可以达到几百甚至几十毫伏。这种运放称为 “轨到轨”运放，也称为RR运放（Rail to Rail）。
5. 但不是所有场效应管运放都是RR运放。
   RR运放举例： TLV2460 、 READ2302G 。OPA192,OPA209
   非RR运放举例： NE5532。

三、运放的增益

1. 用运放构成的电路中，其传输系数（即增益）往往只取决于外部元件参数，而与运放本身无关。——但这是有条件的。条件就是反馈深度1+AF要足够大。
2. 负反馈放大器的闭环增益为：
   
3. 实际增益：
   
   预期增益：
   
   所以实际的增益小于预期增益：
   
4. 例如，用运放构成一个电压跟随器，则F=1。
   设A=1000，则AF=0.999；如果A=10，则AF=0.909。
   所以开环增益A越大，则实际增益与预期增益相差越小。

四、运放的开环增益

我们一直说开环增益 ，那开环增益到底是什么
开环增益是指：运放输出端的电压与运放两个输入端之间电位差的比值。
实际运用中我们只需要看运放的开环增益曲线就行了。实际运用中我们是闭环使用。闭环使用的增益又跟开环增益有关，所以必须要掌握。.在芯片手册中
例如NE5532

OPA227,OPA228

五、总结

1. 这就取决于设计上允许实际增益与预期增益的误差。
2. 实际增益与预期增益的误差要求决定了所需的开环增益的大小。
3. 但是，开环增益与频率相关。频率越高，则开环增益越小。
4. 而开环增益不能小到实际增益与预期增益的误差超出设计要求。
5. 所以，反馈深度1+AF的大小决定了运放电路传输系数（即增益）的准确程度。
6. 而对运放电路的反馈深度的要求实际上是对运放的开环增益的要求。
7. 当然，运放电路的闭环增益越高，反馈系数F就越小，则对开环增益A的要求就越高。
8. 运放电路需要在所有工作频率上都满足预期要求，而最高工作频率上满足要求就成为基本条件——这就决定了所需运放器件的速度指标。

六、例子

要求该电路在1kHz~100kHz频率范围内，增益达到10。
从计算上来说，这个电路的增益应该是（1+R2/R1）=10.1。这就是预期增益。
但是，如果运放芯片选取LM358，则在100kHz频率上的实际增益大概只能达到5，而在1kHz频率上，实际增益可以达到9.9。
为什么呢？——这是因为运放LM358的速度不够，当频率从1kHz升高到100kHz时开环增益下降过多所致。
同时转换速率也是制约运放工作的重要因素之一。
运放的速度指标决定了运放最高可以在什么频率上有效工作。——这里的有效，指的是实际的闭环增益与预期的闭环增益之间的误差完全能够满足设计要求。
所以，需要了解运放的速度指标，并且能够运用其速度指标正确设计运放电路。
实际上，此处“正确设计运放电路”指的是正确选择运放型号。
从原理上来说，需要了解运算放大器在速度上的一些基本处理方法。