运放重要参数介绍

4.噪声
Noise 定义：噪声的重要特性之一就是其频谱密度。电压噪声频谱密度 是指每平方根赫兹的有效(RMS) 噪声电压（单位为nV/rt-Hz）。

来源：输入电压噪声（EN）、输入电流噪声（IN）、设置放大倍 数的电阻R1 和 Rf 的热噪声Noise =√(4kTKRΔ f) 噪声分析：运放的输入电压噪声和输入电流噪声在在极低频 (0.1Hz-10Hz)时主要是 1/f 噪声，该区的频谱密度图并不平坦。 以后主要是白噪声，该区的频谱密度图较平坦（所有频率的能量 基本相同）。一般数据手册会给出两张图说明。


下面以OPA388为例计算共模抑制比 带来的误差。
当共模电压为 5V 时，这个失调电压为1.58uV。对于上图中的 G=2 的电 路，则输出端误差为 3.16uV。这对于基准源为 2.5V，双极性输入的 24 位 ADC 来说，相当于引起了11 个 LSB 的直流误差了，直接影响到最后 四位的精度了！因此对于高精度的应用要特别注意共模抑制比这个参数。
谢谢！

10.建立时间 Setting time

定义：当运放输入阶跃信号时，运放的输出响应进入并保持在规 定误差带所需的时间。这个误差常见的值为0.1%，0.01% 来源：运放运阶跃信号的响应是一个含有过冲和振铃的二阶响应 影响：如果驱动 ADC 的运放还没有达到最终的稳定值就被ADC 采样了。这会引起ADC的采样误差
下面以OPA388为例设计成同相放大 器来计算开环增益带来的误差。 考虑开环增益，则电压增益公式为：
将OPA388的Avol 典型值148dB和最小值 120dB分别代入计算得： 100.997964；100.9898 误差分别为： 误差提高了一位！
运放的AOL受外界条件的影响。从参数表中可直观的看到是输出电 压范围、温度和负载大小，实际上还和输入信号频率有关（其实就 是运放的另一个重要参数—增益带宽积）。因此在实际应用时须注 意输出电压范围、温度、负载和频率。


注意：增益带宽积的值是有隐含条件的，就是必须在小信号（mV 级）下的带宽，但我们实际应用会将信号放大，输出往往达到几伏 左右。所以会出现一个问题，理论计算明明带宽够的，实际电路中 测试却不够！原因在于大信号带宽还要关注另一个参数—压摆率。
8.压摆率 SR（Slew rate）

定义：运放输出电压的最大转换速率，数学表达式：(dV/dt)max 单位V/us 来源：运放内部第二级密勒电容的充电过程的快慢决定了压摆率 的大小 影响：直观的影响就是使输出信号的上升或下降的时间延长，从 而引起失真

从图中可以看出建立时间主要由两 段组成，第一段是信号快速上升至 目标值的非线性过程，这段时间由 压摆率决定（实际上是由运放内部 的密勒电容决定）。第二阶段已处 在准线性区，是个幅度减小的振铃 过程，时间由运放零极点对决定。 由于建立时间的存在，所以运放选 型时增益带宽积必须要有预留。
对数放大器在吸光度分析系统中的应用


以OPA333为例讨论压摆 率对增益带宽积的影响。 数据手册提供的增益带 宽积为350KHZ，增益为 10时理论上带宽可以达 到35KHZ，但根据实际测 试波形，在频率24KHZ时 输出信号已经失真！


在压摆率基础上引申一个新概念—全功率带宽（FPBW），为数学 推导值，并非运放自带的实际参数，数据手册上也没有，却对压摆 率选择有重要参考价值。 对于一个正弦波信号，可用如下数学表达式表示：

定义：当运放供电电压变化时，会引起运放的输入失调电压变化， 两者之比即为运放电源抑制比。单位uV/V，也有用dB表示的， 即将结果取对数运算（ PSRR=20*log10(△Vsupply / △Vos) ） 来源：也是由于制造工艺原因运放的两个输入极的管子不匹配 影响：PSRR体现着运放对电源噪声的抑制能力，这个抑制能力 管控着电源噪声对输入失调电压的影响
7.增益带宽积
GBW（Gain bandwidth product）

定义：放大器带宽和带宽增益的乘积 来源：对于单极点响应，开环增益以6dB/倍频程下降，即频率增加一 倍，增益会下降两倍，反之，频率减半，则开环增益增加一倍，于是 就产生了所谓的增益带宽积。 影响：超过增益带宽积值的信号输入会导致运放输出增益下降，从而 导致运算不正确

定义：开环状态下，为使运放输出电压为零，在运放两个输入端需加 一个小电压，施加在两个输入端电压之差即为输入失调电压

来源：由于制造工艺原因运放的两个输入极的管子不匹配
影响：造成运放输入误差 输入失调电压不是固定的，后面会讲到它的影响因素
2.电源抑制比
PSRR（Power-supply rejection ratio）

定义：运放两个输入极漏电流的平均值与两个输入极漏电流之差

来源：由于制造工艺原因运放的两个输入极的三极管或场效应管 的ESD保护二极管无法做到完全匹配 影响：输入偏置电流流经外面电阻网络会转化成失调电压，造成 输入误差。这两个参数在微小电流检测电路应用中需要特别关注， 如光电二极管的流压转换电路。

关于噪声的文章 《运算放大器噪声介绍(一)》 http://www.21ic.com/app/analog/201208/138041.htm 《运算放大器噪声介绍(二)》 http://www.360doc.com/content/16/0822/23/152409_585214272.shtml 噪声计算小工具 http://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2013/03/03/1-fnoise-the-flickering-candle
实际测试时，一般只测试前5次谐波（2~6次），因为前5次包含了 大部分能量，6次以上的谐波占总谐波的比率已经非常小了。 一般来说，总谐波失真在1KHz附近最小，所以大部分运放总谐波 失真是用1KHz信号做测试。实际上THD+N与输入信号的频率、运 放设计增益、负载等有关。 实际使用中关于THD+N两点提示： 1、数据手册中THD+N是在增益为±1，频率1KHz时测定的，数据 比较好，但我们实际使用增益变大、频率变大时THD+N恶化是必然 的。 2、目前许多运放号称轨至轨输入输出，当信号接近电源轨时会受非 线性效应影响， THD+N也会恶化，因此尽量避免使输出信号太接 近电源轨。
输出电压对时间求导，得：


则最大值为： (dV/dt)max即表示压摆率，可以看出最大值跟信号的频率与幅值有 关。

若Vp是运放输出的满幅度值，则f为全功率带宽，上述公式表示为


如果想在100KHz以内得到正弦波的 10V振幅，按照公式需要压摆 率为6.3V/us 以上的运放。 满功率带宽由压摆率和输出信号的幅值决定的。也就是压摆率一定 的情况下，输出信号的幅值越大，全功率带宽越小。这也就可以解 释为什么理论计算带宽够的情况下实际运放输出还会失真。
9.总谐波失真+噪声 THD+N（Total harmonic distortion+noise）

定义：输出信号比输入信号多出的所有谐波成份加噪声的均方根 值与输入信号基波的均方根值之比。数学表达式如下：
其中(Vi) 为失真谐波的电平，(Vn) 为噪声电压，(Vf) 输入信号的 电平

来源：由系统内部非线性效应造成

说明： 1、uV/V与dB定义时分子分母是调过来的，即uV/V为单位时数值越小 PSRR越好，dB定义时数值越大PSRR越好； 2、数据表中给出的其实是DC-PSRR，AC-PSRR要看数据手册后面的图表。
3.输入偏置电流和失调电流
IB(Input bias current) / IOS (offset current)

运放的CMRR还受外界条件的影响。从参数表中可直观的看到是共 模电压范围和温度，实际上还有输入的频率影响也挺大。因此在实 际应用时须注意共模电压范围、温度和频率。
6.开环增益
AOL（Open-loop voltage gain）

定义：开环状态下（不具有负反馈）运放的放大倍数 影响：低开环增益的运放会造成设计好放大倍数的电路带来误差

5.共模抑制比
CMRR（Common-mode rejection ratio）

定义：差模增益与共模增益的比值，通常用dB表示，即将结果 取对数运算了。（ CMRR=20*log10(Adm / Acm) ） 来源：由于生产工艺原因现实中的运放的共模增益不为零。具体 体现在源极或漏极电阻的不匹配、栅极-漏极之间的结电容、正 向跨导的不匹配、栅极漏电流、拖尾电流源的输出阻抗等 影响：由于 CMRR 是有限值， 当运放输入端有共模电压Vcm 时， 它会引入一个输入失调电压。
运放简介
储浙荣 2017.5
Fra Baidu bibliotek
内容
运放参数分析 对数放大器电路设计分析

理想运放
Ideal operational amplifier

定义：输入阻抗无穷大、输出阻抗为零、开环增益无穷大、输入 偏置电流为零、输入失调电流及其温漂为零、增益带宽积无穷等
1.输入失调电压
Vos（Input offset voltage）