非常好运放参数与有源滤波器解析_物理_自然科学_专业资料。第2章 运放参数与单电源运放 本章介绍实际运放的参数与单电源运放，目的是使初学者能够读懂运放 数据手册，并能正确使用运放，特别是使用单电源运放。 2.1运放直流参数介绍 1.理想运放 在模拟电
第2章 运放参数与单电源运放 本章介绍实际运放的参数与单电源运放，目的是使初学者能够读懂运放 数据手册，并能正确使用运放，特别是使用单电源运放。 2.1运放直流参数介绍 1.理想运放 在模拟电路教科书上，理想运放如图2-1所示。其中VIN-为反相输入，VIN+为同相输入， VO为输出，电源VDD、VSS也常用VCC、VEE表示。 理想运放具有如下特点： 输入部分： 输入电流IB=0 . 输入阻抗ZIN=∞ VDD 输入电压范围VIN没有限制 没有输入噪声电压与电流 VIN. VIN+ － A + VOUT . 直流偏移VOS为0 共模抑制比CMR=∞ VSS 图2-1 理想运放符号图 . 理想运放符号图 电源部分： VDD与VSS永远满足摆幅需求 电源电流ISUPPLY=0 电源电压抑制比PSRR=∞ 放大部分： 开环增益AO=∞ 带宽BW=0~∞ 谐波变形THD=0 输出部分： VOUT=VSS~VDD 摆率SR=∞ 输出电阻ZO=0 输出电流IO满足负载需要 . VDD VIN. VIN+ － A + VSS 图2-1 理想运放符号图 . VOUT . 2. 输入失调电压VOS 输入偏移电压是运放输入电路不对称引起的，就是在输入电压VIN+=VIN-情况下，还等效 存在一个小的电压源，使输出偏移零点。通常该参数以室温下的电压值表示，通常在μV或是mV 数量级。 失调电压随温度变化而变化，称为失调电压温漂，单位为μV/℃或是mV/℃。 例如对于CMOS运放MCP601的失调电压为2mV，失调电压温漂2.5μV/℃。 每一个运放的输入失调电压都不同，但是对于一个运放来说是一个固定值。在闭环放大倍 数很小时，失调电压对放大器没有多大影响，但是对于闭环放大倍数很大的放大器来说，将减小 动态输出范围。 例如，对于图2-2所示的同相放大器，其输出电压表达式为：VOUT=（1+Rf/R1） （VIN+VOS） 如果VOS为1mV，则VOS对于输出的影响为101mV，若是运放输出电压为4V，则VOS的影 响为2.5%。 . . R1 100Ω Rf 10kΩ . VIN+ VOS + A 图2-2 同相放大器的失调电压 . VOUT . 3. 输入偏置电流（IB，IB+，IB-，IOS） 所有运放的输入端都吸收或流出电流，如图所示。两个引脚输入电流中的相同 （平均）部分称为输入偏置电流为：IB=（IB+ + IB-）/2，而不同部分称为输入失调 电流IOS=（IB+ － IB-）。对于CMOS或FET输入结构的运放，输入电流来自输入保 护（ESD）电路，其输入电流IB很小，一般在几个到几百个pA。双极性输入结构的 运放，输入偏置电流来自晶体管的基极，一般在几个nA到几百个nA之间。 输入偏置电流通过输入端连接的外电阻起作用，例如，如果运放外引脚的电阻 为100k，输入偏置电流为100nA，则在外电阻上将有10mV的压降，该压降就像在输 入端加一个误差电压源，误差电压源的电压被放大，引起输出误差。对于CMOS输入 结构运放来说，若输入偏置电流为100pA，则100k电阻上的压降只有10μV，在大部 分情况下，该压降可以忽略。 . IB- . VIN- - . . VIN+ . + IB+ . 图所示的是一个有源滤波器电路，在电路中，运放同相端连接有很大阻值 的电阻，如果采用双极性输入结构的运放，若偏置电流为100nA，按照图中参数， 将在输出端引起102.7mV的误差，但是若采用CMOS输入结构的运放，若偏置电 流为100pA，则在运放输出端产生102.7μV的误差。 对于CMOS运放，输入失调电流与输入偏置电流相同数量级，例如对于 TLV2472运放，偏置电流为100pA，失调电流也为100pA。但是对于双极型运放， 偏置电流与失调电流差很多，例如对于LM358偏置电流最大为500nA，而最大失 调电流为50nA。 输入失调电流也是随温度的变化而变化的，对于CMOS运放来说，一般可以 忽略。对于双极型运放，一般为几个~几十个pA的数量级，与偏置电流相比很小。 例如LM358，失调电流最大为50nA，失调电流温度系数为10pA/℃。 . VIN . R1 130kΩ C1 100nF R2 887kΩ A 22. nF C2 VOUT . 图2-4有源滤波器电路电路 . 4. 开环增益AOL 运放的开环增益是输出电压信号与输入信号之差的比值。理想情况下的开环 增益是无穷大。但实际上，由于开环增益是有限值，所以输出电压的变化ΔVOUT 除以开环增益就是输入端的电压变化ΔV，如下式表示： AOL（dB）=20log（ΔVout/ΔV） 输入电压变化ΔV可以用等效在运放输入端的电压源表示，这相当于一个输入 端的误差源VOLERROR。该误差源乘以闭环增益，就是输出误差。当开环放大倍 数为无穷大时，该输入电压源电压为0，相当于输出误差为0。 AOL的范围一般在95dB~120dB之间，与电压放大倍数之间的关系如下式： AOL（V/V）=10（AOL（dB）/20） 一般情况下，每个运放的开环增益都不相同，差别可以达到30%。 增益非线性是指在不同的输入信号时，放大倍数不是常数的现象，例如 AD623的最大增益非线ppm。一般运放手册没有该项参数。 5. 共模电压抑制比 共模抑制比CMRR是放大器对共模输入信号的放大能力，由于该能力 不是无穷大，所以引起CMRRERROR误差。CMRR用下式表示： CMRR（dB）=20log（ΔVCM/ΔV） 这里 ΔV是共模抑制等效的输入误差CMRRERROR，ΔVCM是共模输 入电压的变化。 一般情况下，共模抑制比的范围为45dB~90dB。例如，运放共模抑制 比为80dB，则当输入3V的共模电压时，等效共模输入误差CMRRERROR 为0.3mV。 6.
