集成运放的性能指标及低频等效电路
3.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
3.4.1 性能指标
前面分析两种电路时,只简单计算了Au和Ri,Ro.下面介绍集成运放的其他主要性能指标.
一.开环差模电压放大倍数Aod
这是指运放在无外加反馈回路的情况下的差模放大倍数,Aod=^Uod/^Uid.也就是我们前面计算的Au.
用分贝表示则是20lg|Aod|.性能较好的运放其Aod可达140dB以上.理想运放的Aod为无穷大.
二.共模抑制比KCMR
它的定义在前面已经给出了,KCMR=|Aod/Aoc|,也常用分贝表示,即20lgKCMR.理想运放的KCMR=无穷大.
三.差模输入电阻rid
就是指输入差模信号时运放的输入电阻.rid越大,对信号源的影响越小,理想运放的rid=无穷大.
四.输入失调电压UIO
它是指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压(在去掉外接调零电位器作用时).他反映了
运放本身输入级差放对管UBE(或UGS)的失配程度.实际电路中,一般当uI=0时,uO不=0.我们设想在输入
端人为地加一个电压UIO,使uO=0.那么UIO实际上是uI=0时的输出电压折合到输入端电压的负值.UIO=
-(UO|uI=0)/Aod.UIO越小表明电路匹配越好.理想运放的UIO=0.
五.输入失调电压的温漂dUIO/dT
UIO可以通过调零电位器进行补偿.但是UIO也是随温度而变化的,dUIO/dT就是UIO的温漂系数,是衡
量运放温漂的重要指标.用电位器不能使dUIO/dT=0,甚至不一定能使他下降.dUIO/dT越小表明运放温漂
越小.理想运放的dUIO/dT=0.
六.输入失调电流IIO
这是反映差放对管输入电流不对称程度的参数.以IIO=|IB1-IB2|表示.IIO越小越好,理想运放IIO=0.
七.输入失调电流的温漂dIIO/dT
其意义与dUIO/dT类似,它是IIO的温度系数.对于理想的运放dIIO/dT=0.
八.输入偏置电流IIB
这是指输入差放管的基极(栅极)偏置电流,以IIB=0.5*(IB1+IB2)来表示.IIB大,则信号源内阻不同时,
对运放静态工作点影响大;同时IIB大,则IIO也容易大.IIB会影响温漂和运算精度(以后会看到有关的分析).
理想运放的IB1=IB2=0.
九.最大共模输入电压UIcMAX
运放在工作时,常会遇到输入信号中既有差模成分又有共模成分的情况.如果共模成分超过一定限度,运
放就不能正常工作.这个极限就定义为UIcMAX.在使用中一般不能超过此值.
十.最大差模输入电压UIdMAX
从运放输入端看进去,一般都有两个(或多于两个)串联在输入回路的PN结,有正有反.若输入端的差模电
压过高,会使反向PN结击穿.UIdMAX就是所允许的最大差模输入电压值.NPN硅管PN结的反向耐压较低只有几伏
,PNP横向管则耐压可达几十伏.
十一.-3dB带宽fH
这就是以前定义过的截止频率.理想运放的fH=无穷大.
十二.单位增益带宽fC
与晶体管的特征频率fT类似.这是指Aod下降到零分贝(即Aod=1)时的信号频率.是放大器的品质因数
--增益带宽积的体现.若运放在f<fC范围内只有一个拐点,则可根据fC和Aod推算出小于fC的任一频率下的
Aod.
十三.转换速率SR
这个指标是反映运放对于高速变化的输入信号的响应情况.定义为SR=|duO/dt|max.也就是说,只有当
输入信号变化斜率的绝对值小于SR时,输出才能按线性化的规律变化.SR越大表明运放的高频性能越好.
还有其他一些指标,这里不一一介绍了.比如输出电阻,定义很明确,rO越小,带负载能力越强.理想运放
的ro=0.
3.4.2 低频等效电路
在我们进行电路计算时,是将运放作为一个完整的独立器件来对待的.因此在计算时常常是用一个等效
电路来代替各种型号的运放.(当然由于各种运放的性能不同,反映在等效电路中的参数不同).由于运放大多
用于频率不很高的场合,所以我们给出低频时的等效电路,如图所示.
因为运放的信号输入端有两个,输出端是一个,故在图中只画出了这三端.用一个三角形表示运放.两个输
入端中,标"+"的为同相输入端;标"-"的为反相输入端.输入回路中既考虑了IIB,也考虑了IIO;同时也考虑了
UIO及差模输入电阻rid.在rid上的电压就是差模电压UId.从输出端看进去是考虑差模放大倍数的等效电压源
Aod*UId和考虑共模放大倍数的等效电压源Aoc*(U+ + U-)/2及输出电阻ro(U+和U-分别表示同相端和反相端的
电压).
当我们只讨论信号的放大时(即不讨论IIB,IIO及UIO的影响),输入回路中可以只留下rid;由于Aoc<<Aod,
所以常将Aoc的影响忽略.这样得到一个简化的运放等效电路,如图所示.今后常用如图所示的符号来代表运放.
为简便起见,电源,调零端和为消除自激振荡而设的外接补偿电容端均予省略,在有必要时再画出.
3.4.1 性能指标
前面分析两种电路时,只简单计算了Au和Ri,Ro.下面介绍集成运放的其他主要性能指标.
一.开环差模电压放大倍数Aod
这是指运放在无外加反馈回路的情况下的差模放大倍数,Aod=^Uod/^Uid.也就是我们前面计算的Au.
用分贝表示则是20lg|Aod|.性能较好的运放其Aod可达140dB以上.理想运放的Aod为无穷大.
二.共模抑制比KCMR
它的定义在前面已经给出了,KCMR=|Aod/Aoc|,也常用分贝表示,即20lgKCMR.理想运放的KCMR=无穷大.
三.差模输入电阻rid
就是指输入差模信号时运放的输入电阻.rid越大,对信号源的影响越小,理想运放的rid=无穷大.
四.输入失调电压UIO
它是指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压(在去掉外接调零电位器作用时).他反映了
运放本身输入级差放对管UBE(或UGS)的失配程度.实际电路中,一般当uI=0时,uO不=0.我们设想在输入
端人为地加一个电压UIO,使uO=0.那么UIO实际上是uI=0时的输出电压折合到输入端电压的负值.UIO=
-(UO|uI=0)/Aod.UIO越小表明电路匹配越好.理想运放的UIO=0.
五.输入失调电压的温漂dUIO/dT
UIO可以通过调零电位器进行补偿.但是UIO也是随温度而变化的,dUIO/dT就是UIO的温漂系数,是衡
量运放温漂的重要指标.用电位器不能使dUIO/dT=0,甚至不一定能使他下降.dUIO/dT越小表明运放温漂
越小.理想运放的dUIO/dT=0.
六.输入失调电流IIO
这是反映差放对管输入电流不对称程度的参数.以IIO=|IB1-IB2|表示.IIO越小越好,理想运放IIO=0.
七.输入失调电流的温漂dIIO/dT
其意义与dUIO/dT类似,它是IIO的温度系数.对于理想的运放dIIO/dT=0.
八.输入偏置电流IIB
这是指输入差放管的基极(栅极)偏置电流,以IIB=0.5*(IB1+IB2)来表示.IIB大,则信号源内阻不同时,
对运放静态工作点影响大;同时IIB大,则IIO也容易大.IIB会影响温漂和运算精度(以后会看到有关的分析).
理想运放的IB1=IB2=0.
九.最大共模输入电压UIcMAX
运放在工作时,常会遇到输入信号中既有差模成分又有共模成分的情况.如果共模成分超过一定限度,运
放就不能正常工作.这个极限就定义为UIcMAX.在使用中一般不能超过此值.
十.最大差模输入电压UIdMAX
从运放输入端看进去,一般都有两个(或多于两个)串联在输入回路的PN结,有正有反.若输入端的差模电
压过高,会使反向PN结击穿.UIdMAX就是所允许的最大差模输入电压值.NPN硅管PN结的反向耐压较低只有几伏
,PNP横向管则耐压可达几十伏.
十一.-3dB带宽fH
这就是以前定义过的截止频率.理想运放的fH=无穷大.
十二.单位增益带宽fC
与晶体管的特征频率fT类似.这是指Aod下降到零分贝(即Aod=1)时的信号频率.是放大器的品质因数
--增益带宽积的体现.若运放在f<fC范围内只有一个拐点,则可根据fC和Aod推算出小于fC的任一频率下的
Aod.
十三.转换速率SR
这个指标是反映运放对于高速变化的输入信号的响应情况.定义为SR=|duO/dt|max.也就是说,只有当
输入信号变化斜率的绝对值小于SR时,输出才能按线性化的规律变化.SR越大表明运放的高频性能越好.
还有其他一些指标,这里不一一介绍了.比如输出电阻,定义很明确,rO越小,带负载能力越强.理想运放
的ro=0.
3.4.2 低频等效电路
在我们进行电路计算时,是将运放作为一个完整的独立器件来对待的.因此在计算时常常是用一个等效
电路来代替各种型号的运放.(当然由于各种运放的性能不同,反映在等效电路中的参数不同).由于运放大多
用于频率不很高的场合,所以我们给出低频时的等效电路,如图所示.
因为运放的信号输入端有两个,输出端是一个,故在图中只画出了这三端.用一个三角形表示运放.两个输
入端中,标"+"的为同相输入端;标"-"的为反相输入端.输入回路中既考虑了IIB,也考虑了IIO;同时也考虑了
UIO及差模输入电阻rid.在rid上的电压就是差模电压UId.从输出端看进去是考虑差模放大倍数的等效电压源
Aod*UId和考虑共模放大倍数的等效电压源Aoc*(U+ + U-)/2及输出电阻ro(U+和U-分别表示同相端和反相端的
电压).
当我们只讨论信号的放大时(即不讨论IIB,IIO及UIO的影响),输入回路中可以只留下rid;由于Aoc<<Aod,
所以常将Aoc的影响忽略.这样得到一个简化的运放等效电路,如图所示.今后常用如图所示的符号来代表运放.
为简便起见,电源,调零端和为消除自激振荡而设的外接补偿电容端均予省略,在有必要时再画出.
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