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运放参数的详细解释和分析,涉及输入偏置电流和输入失调电流、输入失调电压Vos、温漂、运放噪声快速计算、电源抑制比DC/AC-PSRR、共模抑制比CMRR、放大电路直流误差及其影响因素、输入阻抗和输入电容、rail to rail input、开环增益、GBW、从开环增益曲线谈到运放稳定性、压摆率、全功率带宽、建立时间、THD、输出阻抗、运放的热阻等参数的详细解释与分析。共25个运放参数设计的关键知识总结
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1
运放参数的详细解释和分析
作者 Wayne Xu
http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/amplifiers/f/52/t/2021
4.aspx?pi239031347=1
目录
1、 输入偏置电流和输入失调电流 ........................................................................................... 2
2、 如何测量输入偏置电流 Ib,失调电流 Ios ......................................................................... 6
3、 输入失调电压 Vos 及温漂 ................................................................................................. 10
4、 运放噪声快速计算 ............................................................................................................. 14
5、 电源抑制比 DC-PSRR .......................................................................................................... 18
6、 电源抑制比 AC-PSRR .......................................................................................................... 19
7、 共模抑制比 CMRR .............................................................................................................. 22
8、 共模抑制比 CMRR 的影响 ................................................................................................. 25
9、 放大电路直流误差(DC error) ....................................................................................... 28
10、 放大电路直流误差(DC error)的影响因素 ............................................................... 29
11、 输入阻抗和输入电容 ..................................................................................................... 31
12、 输入电容 Cin 的测量 ...................................................................................................... 33
13、 轨至轨输入(rail to rail input) .................................................................................... 35
14、 轨至轨输入_TI 的领先技术 ........................................................................................... 38
15、 开环增益 Aol .................................................................................................................. 40
16、 增益带宽积(GBW)..................................................................................................... 43
17、 从开环增益曲线谈到运放稳定性 ................................................................................. 44
18、 压摆率(SR) ...................................................................................................................... 47
19、 全功率带宽(FPBW) ......................................................................................................... 50
20、 建立时间(Settling Time) ................................................................................................. 52
21、 总谐波失真(THD) ........................................................................................................... 53
22、 轨至轨(rail to rail)输出 ................................................................................................... 55
23、 输出短路电流 ................................................................................................................. 57
24、 输出阻抗 Ro 和 Rout ...................................................................................................... 58
25、 运放的热阻 ..................................................................................................................... 62

1、
输入偏置电流和输入失调电流
一般运放的 datasheet
中会列出众多的运放
可能会被忽略了。
在接下来的一些主题里
原理和对应用的影响上把运放参
疏漏,希望大家批评指正
。
第一节要说明的是运放的输入偏置电流
没有输入偏置电流 Ib
和输入失调电流
输入失调电流 Ios .
我们可以用下图中的模型来说明它们的定义
输入偏置电流 Ib
是由于运放两
我们可以理解为,
理想运放的各个输入端都串联进了一个电流源
般为不相同。也就是说,
实际的运入
虚断不太一样)。
那么输入偏置电流就定义这两个电流的平均值
电流呢,
就定义为两个电流的差
说完定义,
下面我们要深究一下这个电流的来源
运放的输入级一般采用差分输入
要么是场效应管 FET。
如下图所示
置电压,
或者说要有比较大的基极电流
置电流就来源于输入级的三
以这两个管子 Q1 和 Q2
的基极电流总是有这么点差别
入的运放这两个值还是很可观的
而对于 FET 输入的运放,
由于其是电压控制电流器件
一般会在 fA 级,
但不幸的是
都是有漏电流的,
这个漏电流一般会比
偏置电流的来源。当然,
这两对
漏电流,
漏电流之差也就构成了输入失调电流的主要成份
2
输入偏置电流和输入失调电流
中会列出众多的运放
参数,有些易于理解,
我们常关注
在接下来的一些主题里
,
将对每一个参数进行详细的说明和分析
原理和对应用的影响上把运放参
数阐述清楚。由于本人的水平有限,
写的博文中难免有些
。
第一节要说明的是运放的输入偏置电流
Ib 和输入失调电流 Ios .
众说周知
和输入失调电流
Ios .的。
但每一颗实际运放都会有输入偏置电流
我们可以用下图中的模型来说明它们的定义
。
是由于运放两
个输入极都有漏电流(
我们暂且称之为漏电流
理想运放的各个输入端都串联进了一个电流源
,
这两个电流源的电流值一
实际的运入
,会有电流流入或
流出运放的输入端的
那么输入偏置电流就定义这两个电流的平均值
,
这个很好理解
就定义为两个电流的差
。
下面我们要深究一下这个电流的来源
。
那我们就要看一下运入的输入级了
运放的输入级一般采用差分输入
(电压反馈运放)。采用的管子,
要么是三级管
如下图所示
,对于 bipolar,要使其工作在线性区,
就要给基极提供偏
或者说要有比较大的基极电流
,也就是常说的,
三极管是电流控制器件
置电流就来源于输入级的三
极管的基极电流,
由于工艺上很难做到两个管子的完全匹配
的基极电流总是有这么点差别
,
也就是输入的失调电流
入的运放这两个值还是很可观的
,也就是说是比较大的,进行电路设计时
,
由于其是电压控制电流器件
,
可以说它的栅极电流是很小很小的
但不幸的是
,它的每个输入引脚都有一对 ESD
保护二极管
这个漏电流一般会比
FET 的栅极电流大的多,
这也成为了
这两对
ESD 保护二极管也不可能完全一致,
因此也就有了不同的
漏电流之差也就构成了输入失调电流的主要成份
。
我们常关注
,有些
将对每一个参数进行详细的说明和分析
。力求在
写的博文中难免有些
众说周知
,理想运放是
但每一颗实际运放都会有输入偏置电流
Ib 和
我们暂且称之为漏电流
)的存在。
这两个电流源的电流值一
流出运放的输入端的
(与理想运放的
这个很好理解
。输入失 调
那我们就要看一下运入的输入级了
,
要么是三级管
bipolar,
就要给基极提供偏
三极管是电流控制器件
。那么其偏
由于工艺上很难做到两个管子的完全匹配
,所
也就是输入的失调电流
。Bipolar 输
,
不得不考虑的。
可以说它的栅极电流是很小很小的
,
保护二极管
。这两个二极管
这也成为了
FET 输入运放的
因此也就有了不同的

下面列表中上表是
bipolar
面电阻,即使是 K 欧级的
,
电压误差到 mV 级。
下表则是
个值要小的多了,比较好的
COMS
1pA 的目标。
这里还要强调的是,
ESD
加在两个 ESD
保护二极管的电压相当
情况是无电流流入或流出的
运放输入端电压 Vin 不等于
(Vcc
时两个二极管的反向漏电流就不等了
个现场称为领节效应。
因此要使
处。
上面分析了定义和来源
流过外面的电阻网络,
从而转化成运放的失调电压
3
bipolar
的 LM741 的输入偏置电流和输入失调电流
,
,
也会产生几十 uV 的失调电压,再经放大,
很容易就会使输出的
下表则是
CMOSFET 的 OPA369
的输入偏置电流和输入失调电流
COMS 运放输入偏置电流和输入失调电流的典型值可以做到小于
ESD
的反向漏电流是与其反相电压有关的。因此当
Vin=(Vcc
保护二极管的电压相当
,
他们的反向电流可以认为是近似相等的
情况是无电流流入或流出的
,实际情况是电流达到最小值。
因此这时有最小的偏置电流
(Vcc
-Vss)/2,势必造成一个二极管的反向电压高
,
时两个二极管的反向漏电流就不等了
,
这个差电流就会构成了输入偏置电流的主要成份
因此要使
FET 输入偏置电流最小,
就要把共模电压设置在
上面分析了定义和来源
。下面就要说说这两个参数对电路的影响了,
输入偏
从而转化成运放的失调电压
,再经运放后就到了运
放
,
这个电流流到外
很容易就会使输出的
的输入偏置电流和输入失调电流
,这两
运放输入偏置电流和输入失调电流的典型值可以做到小于
Vin=(Vcc
-Vss)/2 时,
他们的反向电流可以认为是近似相等的
,此时理想
因此这时有最小的偏置电流
,当
,另一个低,此
这个差电流就会构成了输入偏置电流的主要成份
。这
就要把共模电压设置在
(Vcc-Vss)/2
输入偏
置电流会
放
的输出端,造成

4
了运放的输入误差。这也就说明了,在反向放大电路中,为什么要在运放的同相输入端连一
个电阻再接地的原因。并且这个电阻要等于反向输入端的电阻和反馈电阻并联后的值。这就
是为了使两个输入端偏置电流流过电阻时,形成的电压值相等,从而使它们引入的失调电压
为 0。这样说,太抽象了,还是看下面一组图容易理解一些。

再有一点,
对于微小电流检测的
一般有用光信号都比较微弱转化的光电源信号更微弱
的本意是想让光电流向反馈电阻流动从而在放大电路输出端产生出电压
输入偏置电流过大,刚好
这个微弱的光电流会有一部分
的 I/V 线性转化。
还需要注意的一点时
,
示 OPAl350
的输入失调电流会在高于
度时的几百倍。
如果设计的系统是在很宽的温度范围内工作
5
对于微小电流检测的
电路,一般为跨阻放大电路,
如光电二极管的探测电路
一般有用光信号都比较微弱转化的光电源信号更微弱
,常常为 nA 级甚于
pA
的本意是想让光电流向反馈电阻流动从而在放大电路输出端产生出电压
。
如果选用的运放的
这个微弱的光电流会有一部分流入到运放的输入端
,许多运放的输入失调电流会随着温度的变化而变化
的输入失调电流会在高于
25 度时快速的升高。在 100
度时的输入偏置电流是
如果设计的系统是在很宽的温度范围内工作
,
这一因素不得不考虑
如光电二极管的探测电路
,
pA
级。这个电路
如果选用的运放的
流入到运放的输入端
,而达不到预设
许多运放的输入失调电流会随着温度的变化而变化
,如下图所
度时的输入偏置电流是
25
这一因素不得不考虑
。
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