运算放大器设计基础

1、运算放大器设计基础在电流反馈运放中，开环响应是输出电压对输入电流的响应。因此，与电压反馈运放不同，电流反馈运放输入和输出之间的关系不是用增益表示，而是跨阻来表示，单位为欧姆。但更频繁的是采纳跨阻表示，因此电流反馈运放也被称为跨阻放大器。电流反馈运放的跨阻在500k 1m 之间。与电压反馈运放不同，电流反馈运放没有恒定的增益带宽积。也就是说，当增益随着频率增强而滚降时，滚降速度不等于6db/8倍程。电流反馈运放可以在较宽的增益范围内保持高带宽，但这是以反馈阻抗的挑选有限制为代价的。例如，其中一个限制就是电流反馈运放的反馈环路中不允许有，由于电容会使高频下的反馈阻抗降低，从而导致振荡。因为同样缘由

2、，杂散电容也必需控制在运放的反相输入端周围。另外，电流反馈运放频率响应曲线的斜率特性要比电压反馈运放的好，虽然杂散电容会减弱电流反馈运放的这个优势。电流反馈运放和电压反馈运放的不同特性还体现在其它方面。例如，电流反馈运放具有获得最大带宽的最佳反馈电阻值。增大反馈电阻会导致带宽降低，而降低电阻则将减小相位余量，并导致放大器不稳定。电流反馈运放的数据表提供在一个增益范围内所对应的最佳反馈电阻值，以及电源电压值以便使放大器具有最大带宽，这对设计过程很有协助。最佳反馈电阻值对许多因素都比较敏感，甚至对运放的封装类型也敏感。数据表可能按照封装是小形状ic （soic）封装还是双列封装（dip），给出不同

3、的电阻值。运放的重要特性假如运放两个输入端上的电压均为0v，则输出端电压也应当等于0v。但实际上，输出端总有一些电压，该电压称为失调电压vos。假如将输出端的失调电压除以电路的噪声增益，得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。这个特性在数据表中通常以vos给出。vos被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。必需对放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0v输出。vos随着温度的变幻而转变，这种现象称为漂移，漂移的大小随时光而变幻。漂移的温度系数tcvos通常会在数据表中给出，但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内平安工作的其次大或者最大的vos。这种规范的可信度稍差，由于tcvo

4、s可能是不恒定的，或者是非单调变幻的。vos漂移或者老化通常以mv/月或者mv/1，000小时来定义。但这个非线性函数与器件已用法时光的平方根成正比。例如，老化速度1mv/1，000小时可转化为大约3mv/年，而不是9mv/年。老化速度并不总是在数据表中给出，即便是高精度运放。抱负运放的输入阻抗无穷大，因此不会有电流流入输入端。但是，在输入级中用法双极结晶体管（bjt）的真切运放需要一些工作电流，该电流称为偏置电流（ib）。通常有两个偏置电流：ib+和ib-，它们分离流入两个输入端。ib值的范围很大，特别类型运放的偏置电流低至60fa（大约每3 s通过一个），而一些高速运放的偏置电流可高达几十

5、ma。单片运放的创造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个偏置电流之差为输入失调电流ios，通常状况下ios很小。总谐波失真（thd）是指因为放大器的非线性而产生的基频的谐波重量。通常状况下只需要考虑二次和三次谐波，由于更高次谐波的振幅将大大缩小。thd+n（thd+噪声）是器件产生噪声的缘由，它是指不包括基频在内的总信号功率。大多数的数据表都给出thd+n的值，由于大多数测量系统不区别与谐波相关的信号和噪声。thd和thd + n都被用来度量单音调（single-tone）正弦波输入

6、信号产生的失真。一个更实用且更严格的失真度衡量指标是互调失真（imd），它可度量由双音调（two-tone）交互干扰的结果而不仅仅是一个载波所产生的动态范围。按照不同应用，一些二阶imd重量可能可以滤除，但三阶重量的滤除则要更困难些。因此，数据表通常给出器件的三阶截取点（ip3），这是三阶imd效应的一种最基本度量方式。由于三阶串扰产物引起的信号损坏在许多应用中（特殊是在接收机中）都十分普遍，而且很严峻，所以这个参数非常重要。1db压缩点代表输出信号与抱负输入/输出传输函数相比增益下降1db时的输入信号电平。这是运放动态范围的结束点。信噪比（snr）定义了从最大信号电平至背景噪声的rms电平的动态范围（以db为单位）。其它特性在（rf）应用中变得十分重要。例如，动态范围是器件能承受的最大输入电平与器件能提