集成运算放大器的特性及其在音频放大器中的应用_三_AD的AD797

1、在介绍了运算放大器的特性和对实际电路的影响之后,从这期开始以几个公司的具有代表性的运算放大器为例,介绍这些运算放大器的特点和应用电路。这一期介绍ANALOG DEVICES(简称AD公司生产的AD797。一、AD797的特点不管是消费类产品还是专业级产品,在音频应用方面都把AD公司的AD797说为最高性能级的优秀运算放大器。图1是在AD公司的产品说明书中有关AD797的部分说明。从说明书中可以了解到AD797具有超低噪声、低THD 和频带宽的特点,具有音频应用最佳的特性和参数。二、超低噪声特性AD797的突出特点之一是超低噪声特性。在数据表中提供的噪声特性为0.9nV/Hz姨(1kHz标准,

2、1.2nV/Hz姨(1kHz最大。当把最差的1.2nV/姨Hz的值换算成输入端的噪声电压有效值和2Vrms基准信号的信号的信噪比时其结果如下。20kHz带宽输入端折算噪声电平Vn:Vn=1.2nV20103姨=169nVrmsS/N:SNR=20log(2109=141dB100kHz带宽输入端折算噪声电平Vn:Vn=1.2nV100103姨=379nVrmsS/N:SNR=20log2109379=134dB这是最坏情况时信噪比的值,实际的值会比上面的值高数dB。由此可以看出AD797的噪声特性是极其优秀的。集成运算放大器的特性及其在音频放大器中的应用(三AD的AD797张达图1AD797的

3、部分说明 三、AD797的电路设计特点图2是AD797内部的简化电路图和简化等效电路图。一般的运算放大器都由三级放大级组成,除了输入差动放大级之外,后面还有两级电压放大级。而AD797则有所不同,仅由两级放大级组成,输入级是设计成高Gm的差动放大级,后面接有一级具有缓冲器功能的放大级。这样做是实现低噪声放大和宽带特性的最佳方案。另外,在集成电路内部的放大器的输出端与输入放大级的电流密勒电路之间接有负反馈电容器C N,通过内部引入的负反馈以改善放大电路的线性和减小失真(THD。所以在数据表中AD797的THD特性要比其他的运算放大器低,实现了标准-110dB、最大-120dB的优异特性。四、TH

4、D特性AD797的THD特性在数据表中是在输出为3Vrms、信号频率为20kHz或者250kHz的测试条件下得到的。这一参数对于民用的音频应用来说稍稍有点不合适。也就是说,所规定的是THD的数值,不是THD+N(噪声的数值。另外,测试信号的频率过高,不是常见的1kHz信号频率的特性。THD的规定值(不含+N为标准-120dB,最大-110dB。在说明书中从某几个标准特性曲线图中可以看到THD+N特性。图3(a是A=10、信号频率为10kHz时THD+N特性与输出电平之间的关系曲线。由图中的曲线可以得知电源电压不同,THD+N的数值也不相同,在电源电压为15V输出电平在15V时,THD+N的数值

5、最小为-110dB左右,与THD的标准值-120dB相比出现了10dB左右的恶化。这一差距即是“THD+N”中的噪声成分带来的影响。图3(b是THD特性与信号频率之间的关系曲线。 图图2AD797 的电路简化方框图图3THD特性曲线技术纵横中还同时画出了用补偿电容器CN对高频信号进行补偿后的THD特性。由于该图的曲线是THD特性,所以THD的值为标准的-120dB。五、AD797应用电路举例-1AD797最大的特点之一是低噪声特性,非常适合用来放大1mV以下的微弱信号。图4是用AD797构成的MC前置放大器的电路图。MC拾音器的输出信号电平在0.11mV左右。图4电路中的元件参数是按放大量为1

6、0倍设计的。电路的最大特点是采用差动(平衡输入方式,其目的是正确地放大来自MC拾音器的信号。考虑到与其他设备的地的连接和地线环路的影响,在屏蔽线的屏蔽层一侧同时设置了能将屏蔽层接地的连接器(JP。当将连接器连通时,由AD797组成的电路就变成了反相放大电路。如果不连通就构成差动放大电路。该电路的噪声特性如果同时将标准0.9nV/Hz姨和最大1.2nV/Hz姨的噪声电平折算成输入端的噪声电压时,其结果如下:最大(最差:169nVrms(20kHz带宽379nVrms(100kHz带宽标准:127nVrms(20kHz带宽284nVrms(100kHz带宽由于电路的增益是10倍,噪声增益是11倍,

7、所以输出噪声Vno可用输入端折算噪声电压与噪声增益相乘后求得。最大Vno(20kHz带宽=1.86V最大Vno(100kHz带宽=4.176V标准Vno(20kHz=1.406V标准Vno(100kHz=3.126V输出信号电压为5mV(将0.5mV信号放大10倍时的信噪比为:最大SNR(20kHz=20log(51031.86=68.6dB最大SNR(100kHz=20log(51034.17=61.6dB图4AD797应用电路举例-1 标准SNR (20kHz =20log (51031.4=71.06dB标准SNR (100kHz =20log (51033.12=64.1dB对于AD7

8、97来说,增益为10倍时带宽在10MHz 以上,如果信号的带宽宽的话噪声的带宽也宽,所以在放大电路的输入端插入了用输入电阻(220和反馈电容器(4700pF 组成的低通滤波器,将放大器的带宽限制在150kHz 左右。六、AD797应用电路举例-2对于MC 拾音器来说,除了需要前置放大器将信号放大之外,还需要有具有RIAA 特性的音频均衡器与之配套。图5是用AD797构成的音频均衡器的应用电路举例。作为音频特性,噪声、THD 和频率特性都很重要。在图5的电路中,电路的输入端没有插入隔直电容器,所以放大电路是直流耦合的放大器,因此有必要对运算放大器的直流特性进行探讨。电路的直流增益可以用下式进行简

9、单地计算,A DC =1+(216103/390=555倍约为55dB ,电路具有很高的直流增益。从AD797的数据表中可以得知,AD797的输入失调电压Vos 标准值为25V ,最大值为80V 。输入失调电压Vos 同样会被放大电路放大,因此输入失调电压Vos 引起的输出直流误差Ve为:Ve (标准=A DC Vos =55525V =13.9mVVe (最大=A DC Vos =55580V =44.4mV数十mV 的直流误差电压对一般的模拟放大电路来说,不会对放大电路产生大的影响,但是老考虑到后面再连接放大器时,最好在电路中采取失调电压调整措施将输出的直流误差电压校正为零。从数据表中可以

10、得知,失调电压调整后的温度漂移很小,仅为1V/,所以可以忽略不计。在实施失调电压调整时必须待放大电路充分预热之后才能进行。另一方面,对于1kHz 的交流信号来说,RIAA 特性的交流增益约为35dB (约56倍,所以在20kHz 的带宽内由输入折算噪声电压求得输出噪声Vno 为:Vno (标准=127nV 56=7.1V Vno (最大=169nV 56=9.5V如果1kHz 信号的输入电平为5mV 的话,经放大后输出信号的电平Es=5mV 56=280mV 。于是1kHz 信号的信噪比为:SNR (标准=20log (280103/7.1=91.9dBSNR (最大=20log (280103/9.5=89.4d