华中科技大学《模拟电子技术》课程——ch 6.5

1 6.5 实际集成运算放大器的主要参 数和对应用电路的影响 实际集成运算放大器的主要参 数和对应用电路的影响 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题 华中科技大学电信系张林2Lec 06-5 IBN IBP IBN IBP VCC VEE VO 输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性） 1. 输入失调电压输入失调电压VIO 输入电压为零时，为了使输出电压为零，在输入端加的 补偿电压。一般约为±（ 输入电压为零时，为了使输出电压为零，在输入端加的 补偿电压。一般约为±（110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（1 20）V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO =4 V。MOSFET达达20mV。 2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB 集成运放两个输入端静态电 流的平均值 集成运放两个输入端静态电 流的平均值 IIB （IBN IBP ）/2 BJT为为10nA1 A；MOSFET运放运放IIB 在在pA数量级。数量级。 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 华中科技大学电信系张林3Lec 06-5 输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性） 3. 输入失调电流输入失调电流IIO 输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流 之差，即 输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流 之差，即IIO |IBP IBN | 。 4. 温度漂移 （ 温度漂移 （1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂VIO / T （2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂IIO / T 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 IBN IBP IBN IBP VCC VEE VO 一般约为一般约为1 nA0.1 A。 华中科技大学电信系张林4Lec 06-5 差模特性差模特性 1. 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo 和带宽和带宽BW 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo 开环带宽开环带宽BW(fH ) 单位增益带宽单位增益带宽BWG (fT ) 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 741型运放型运放Avo 的频率响应的频率响应 106 20lgA vo / /dB 106 dB 100 80 60 40 20 0 fH7 Hz 20 dB/十倍频/十倍频 fT1.4 MHz f/ /Hz fH10 102103104105107 华中科技大学电信系张林5Lec 06-5 差模特性差模特性 2. 差模输入电阻差模输入电阻rid 和输出电阻和输出电阻ro ?BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧 ?MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012 ?超高输入电阻运放超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA ?一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。 3. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 华中科技大学电信系张林6Lec 06-5 共模特性共模特性 1. 共模抑制比共模抑制比KCMR 和共模输入电阻和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR 为（为（80120）dB，高精度运放 可达 ，高精度运放 可达140dB，ric 100M。 2. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 运放作为电压跟随器时，使输出电压产生运放作为电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差 的共模输入电压幅值。高质量的运放可达± 跟随误差 的共模输入电压幅值。高质量的运放可达±13V。 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 华中科技大学电信系张林7Lec 06-5 大信号动态特性大信号动态特性 1. 转换速率转换速率SR 放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号） 时，输出电压对时间的最大变化速率，即 放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号） 时，输出电压对时间的最大变化速率，即 max o R d )(d t t S v = = Vimax Vimax t R1 R2 vi R3 vO 741 Vomax Vomax t 斜率决定 转换速率 斜率决定 转换速率 若信号为若信号为vi Vim sin2 ft ，则运放的，则运放的SR 必须满足必须满足 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 SR 2fmax Vom 华中科技大学电信系张林8Lec 06-5 2. 全功率带宽全功率带宽BWP 运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR 和和BWP 是大信号和高频信号工作时的重要指标 一般通用型运放 是大信号和高频信号工作时的重要指标 一般通用型运放SR 在在1V/ s以下，以下，741的的SR =0.5V/ s 高速运放要求高速运放要求SR 30V/ s以上。 超高速的运放 以上。 超高速的运放AD9610的的SR 3500V/ s。 om R maxP 2 V S fBW= 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 大信号动态特性大信号动态特性 华中科技大学电信系张林9Lec 06-5 电源特性电源特性 1. 电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2. 静态功耗静态功耗PV 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数 1. 电源电压范围电源电压范围 3. 最大输出电流最大输出电流IOmax 2. 最大耗散功耗最大耗散功耗PCO 极限参数极限参数 华中科技大学电信系张林10Lec 06-5 1. 集成运放的选用集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以 满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的 各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。 虽然专用型运放某项技术参数很突出，但其他参数则 难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高 速型与高精度常常有矛盾，如此等等。 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以 满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的 各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。 虽然专用型运放某项技术参数很突出，但其他参数则 难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高 速型与高精度常常有矛盾，如此等等。 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题 华中科技大学电信系张林11Lec 06-5 2. 失调电压失调电压VIO 、失调电流、失调电流IIO 和偏置电流和偏置电流IIB 带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题 i 1 f O vv= R R vi vo vp vn A Rf R1 R2 vi vo vp vn A Rf R1 R2 i 1 f O )1(vv+=+= R R vo vp vn A Rf R1 R2 输入信号为零时输入信号为零时 运放的两种基本电路运放的两种基本电路 0 O = =v 应有 但由于失调电压、失调电流、 偏置电流的存在使输出不为 应有 但由于失调电压、失调电流、 偏置电流的存在使输出不为0 为什么需要 这个电阻？ 为什么需要 这个电阻？ 为什么需要 这个电阻？ 为什么需要 这个电阻？ 华中科技大学电信系张林12Lec 06-5 2. 失调电压失调电压VIO 、失调电流、失调电流IIO 和偏置电流和偏置电流IIB 带来的误差带来的误差 输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路 2 IO IBP ) 2 ( R I IV= f1 1 ON RR R VV + = + = NP VV )|)( 2 ( f1 IO IB RR I I+ IO V 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题 解得误差电压解得误差电压 )|( 2 1 )|()/1( 2f1IO 2f1IBIO1fO RRRI RRRIVRRV + + + += = 华中科技大学电信系张林13Lec 06-5 当当R2 = R1 | Rf 时，可以 消除偏置电流 时，可以 消除偏置电流IIB引起的 误差，此时 引起的 误差，此时 解得误差电压解得误差电压 += +=)|( 2 1 )|()/1( 2f1IO2f1IBIO1fO RRRIRRRIVRRV )(/1( 2IOIO1fO RIVRRV+ + += = 当电路为积分运算时， 即 换成电容 当电路为积分运算时， 即 换成电容C，则，则 f R +=+=tRtIttV CR RtItVtvd)(d)( 1 )()()( 2IOIO 1 2IOIOO 时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。 IOIO IV和和引起的误差仍存在引起的误差仍存在 为什么需要 这个电阻？ 为什么需要 这个电阻？ R2 =R1 |Rf 常 称 为输入端电阻 平衡条件 常 称 为输入端电阻 平衡条件 华中科技大学电信系张林14Lec 06-5 +=+=tRtIttV CR RtItVtd)(d)( 1 )()()( 2IOIO 1 2IOIOO v积分电路积分电路 vi vo vp vn A C R1 R2 vo vp vn A C R1 R2 vs =0时时 常常不能在 实际中应用 常常不能在 实际中应用 vo vp vn A R1 R2 失调电压、失调电流对电容充电 完成后等效于开环状态 运放无法工作在线性区 失调电压、失调电流对电容充电 完成后等效于开环状态 运放无法工作在线性区 2. 失调电压失调电压VIO 、失调电流、失调电流IIO 和偏置电流和偏置电流IIB 带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题 华中科技大学电信系张林15Lec 06-5 2. 失调电压失调电压VIO 、失调电流、失调电流IIO 和偏置电流和偏置电流IIB 带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题 vi vo vp vn A C R1 R2 Rf 失调电压、失调电流对电容充电 完成后电路仍是闭环。 选择合适的 失调电压、失调电流对电容充电 完成后电路仍是闭环。 选择合适的Rf和和R1的比值，就可 保证运放工作在线性区。 的比值，就可 保证运放工作在线性区。 vo vp vn A R1 R2 Rf 在保证有信号时运放始终工作线 性区的条件下， 在保证有信号时运放始终工作线 性区的条件下，Rf 应选择尽可能 大的阻值，否则积分运算将会产 生较大误差。 应选择尽可能 大的阻值，否则积分运算将会产 生较大误差。 积分电路积分电路 实用的积分电路实用的积分电路 华中科技大学电信系张林16Lec 06-5 调零补偿 （a）调零电路 （b）反相端加入补偿电路 调零补偿 （a）调零电路 （b）反相端加入补偿电路 LM741 2 3 1 5 6 RL VEE VCCVCC VEE vO VCC VEE Rp R1 R2