關於運放的選型引數

2021-10-04 20:12:51 字數 4643 閱讀 4563

需要選型一款功放,對比著立創**看引數,有些迷……。記錄一下。

運放的一般知識:

一般可將運放簡單地視為:具有乙個訊號輸出埠(out)和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元,因此可採用運放製作同相、反相及差分放大器。

運放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對於雙電源供電運放,其輸出可在零電壓兩側變化,在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。採用單電源供電的運放,輸出在電源與地之間的某一範圍變化。

運放的輸入電位通常要求高於負電源某一數值,而低於正電源某一數值。經過特殊設計的運放可以允許輸入電位在從負電源到正電源的整個區間變化,甚至稍微高於正電源或稍微低於負電源也被允許。這種運放稱為軌到軌(rail-to-rail)輸入運算放大器。

運算放大器的輸出訊號與兩個輸入端的訊號電壓差成正比,在音訊段有:輸出電壓=a0(e1-e2),其中,a0 是運放的低頻開環增益(如 100db,即 100000 倍),e1 是同相端的輸入訊號電壓,e2 是反相端的輸入訊號電壓。

注:db(decibel,分貝) 是乙個純計數單位,本意是表示兩個量的比值大小,沒有單位。 在工程應用中經常看到貌似不同的定義方式(僅僅是看上去不同)。對於功率,db = 10*lg(a/b)。對於電壓或電流,db = 20*lg(a/b)。此處a,b代表參與比較的功率值或者電流、電壓值。 db的意義其實再簡單不過了,就是把乙個很大(後面跟一長串0的)或者很小(前面有一長串0的)的數比較簡短地表示出來。

如(此處以功率為例):

x = 100000 = 10^5

x(db) = 10*lg(x) db= 10*lg(10^5) db= 50 db

x = 0.000000000000001 = 10^-15

x(db) = 10*lg(x) db= 10*lg(10^-15) db= -150 db

一般來講,在工程中,db和db之間只有加減,沒有乘除。而用得最多的是減法:dbm 減 dbm 實際上是兩個功率相除,訊號功率和雜訊功率相除就是訊雜比(snr)。比如:30dbm - 0dbm = 1000mw/1mw = 1000 = 30db。dbm 加 dbm 實際上是兩個功率相乘,沒有實際的物理意義。

1、運放供電。

single-supply operation:2.7v to 5.5v,根據自己所需要的電路供電電壓和輸出電壓,先判斷運放的供電電壓是否滿足。

2、軌到軌

rail to rail input and output:運放是否是軌到軌輸出,這個決定能否滿量程的跟隨您所需要的訊號,否則您需要對運放電路進行處理。例如lm2902d就不是軌到軌。

3、頻寬

wide bandwidth:1mhz,這個也需要注意,如果您驅動高速模擬訊號輸出,那麼這個就得注意頻率是否在頻寬內,不然會造成訊號失真(幅值)。

4、驅動電流

output current:iout、isc:15ma,±20ma。這個決定您的驅動能力,即驅動負載能力,如果負載過大將會導致運放失調,輸出電壓不再準確。

以上是常見的一些最直觀的引數。

以下還有一些更詳細的,反應運放效能指標的引數:

1、輸入失調電壓 vio(input offset voltage):

整合運放輸出端電壓為零時,兩個輸入端之間所加的補償電壓。輸入失調電壓實際上反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電壓越小。一般vos約為1~10mv,高質量的運放vos在1mv以下。

2、輸入失調電壓溫漂(input offset drift with temperature):δvos/δta

在給定的溫度範圍內,輸入失調電壓的變化與溫度變化的比值。這個引數實際是輸入失調電壓的補充,便於計算在給定的工作範圍內,放大電路由於溫度變化造成的漂移大小。一般運放的輸入失調電壓溫漂在±10~20μv/℃之間,精密運放的輸入失調電壓溫漂小於±1μv/℃

3、輸入失調電流 iio(input offset current)

當運放的輸出直流電壓為零時,其兩輸入端偏置電流的差值。輸入失調電流同樣反映了運放內部的電路對稱性,對稱性越好,輸入失調電流越小。

4、輸入失調電流溫漂:

在規定工作溫度範圍內,輸入失調電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。它是指ii0 在規定工作範圍內的溫度係數,也是衡量運放受溫度影響的重要指標,通常約為(1~50)na/c,高質量的約為幾個pa/c。

以上是運放的一些靜態引數需要關注的地方。下面談談運放的動態引數指標

1、差模開環直流電壓增益(open loop voltage gain) :

差模開環直流電壓增益定義為當運放工作於線性區時,運放輸出電壓與差模電壓輸入電壓的比值。由於差模開環直流電壓增益很大,大多數運放的差模開環直流電壓增益一般在數萬倍或更多,用數值直接表示不方便比較,所以一般採用分貝方式記錄和比較。一般運放的差模開環直流電壓增益在 80~120db之間。實際運放的差模開環電壓增益是頻率的函式,為了便於比較,一般採用差模開環直流電壓增益。

2、共模抑制比 (common mode rejection ratio) :

電源電壓抑制比定義為當運放工作於線性區時,運放輸入失調電壓隨電源電壓的變化比值。電源電壓抑制比反映了電源變化對運放輸出的影響。目前電源電壓抑制比只能做到80db左右。所以用作直流訊號處理或是小訊號處理模擬放大時,運放的電源需要作認真細緻的處理。當然,共模抑制比高的運放,能夠補償一部分電源電壓抑制比,另外在使用雙電源供電時,正負電源的電源電壓抑制比可能不相同。

3、轉換速率 (壓擺率)(slew rate)sr:

運放轉換速率定義為,運放接成閉環條件下,將乙個大訊號(含階躍訊號)輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得運放的輸出上公升速率。

由於在轉換期間,運放的輸入級處於開關狀態,所以運放的反饋迴路不起作 用,也就是轉換速率與閉環增益無關。轉換速率對於大訊號處理是乙個很重要的指標,對於一般運放轉換速率sr<=10v/μs,高速運放的轉換速率 sr>10v/μs。目前的高速運放最高轉換速率sr達到 6000v/μs。這用於大訊號處理中運放選型。

☆:電源抑制比:psrr(power supply rejection ratio)

psrr是反映電源的供電電壓的紋波對輸出電壓的影響的重要引數。psrr值越高越好。

計算公式為psrr = 20log[(ripple(in) / ripple(out))]。例如:ad8541的的psrr典型值75.假設供電電源紋波為20mv,那麼反映到輸出電壓的紋波為3.6uv(自行計算)。

以上是運放的常見基本引數,下面對運放的一些其他引數和效能做解釋。

建立時間定義為,在額定的負載時,運放的閉環增益為1 倍條件下,將乙個階躍大訊號輸入到運放的輸入端,使運放輸出由0 增加到某一給定值的所需要的時間。由於是階躍大訊號輸入,輸出訊號達到給定值後會出現一定抖動,這個抖動時間稱為穩定時間。穩定時間+上公升時間=建立時間。對於不同的輸出精度,穩定時間有較大差別,精度越高,穩定時間越長。建立時間是乙個很重要的指標,用於大訊號處理中運放選型。

→輸出阻抗:

→單位增益頻寬gb:

單位增益頻寬定義為,運放的閉環增益為1 倍條件下,將乙個恆幅正弦小訊號輸入到運放的輸入端,從運放的輸出端測得閉環電壓增益下降 3db(或是相當於運放輸入訊號的0.707)所對應的訊號頻率。單位增益頻寬是乙個很重要的指標,對於正弦小訊號放大時,單位增益頻寬等於輸入訊號頻率與該頻率下的最大增益的乘積,換句話說,就是當知道要處理的訊號頻率和訊號需要的增以後,可以計算出單位增益頻寬,用以選擇合適的運放。這用於小訊號處理中運放選型。

總結一下,運放選型步驟:

1、輸入訊號型別

直流注意失調電流失調電壓引數;差分輸入判斷是否選擇儀表放大器;高頻交流注意增益頻寬積gbd轉換速度sr

2、精度要求

根據精度要求,重點計算失調電壓偏置電流失調電流以及共模抑制比對精度影響,判斷是否選用高阻運放或者是精密運放

3、環境條件

看看運放溫度量程;注意溫漂引數影響;注意電源紋波抑制比psrr引數

4、其他要求

1)通道數:如果是多級在確定其他指標前提下選用多通道運放;

2)單/雙電源:選軌對軌訊號失真小,可滿幅值輸出;

3)功率大小:高壓或大電流選用專用功率運放;

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