【文章內(nèi)容簡介】 EVR????????RVO SvoC? ? 01 dtO O SE t V tRC??? 運算放大器的非理想特性（ 5） ____________ 32/66 第三講 智能儀器的前向通道 運算放大器的非理想特性（ 6） ?共模抑制比（ CMRR） ?運放的差分放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比 ?誤差模型：當運放的差分輸入為零，而由共模電壓或共模電壓的變化引起運放的非零輸出 ( ) ( )C M R RcmO c m c m vv a v v a v a v v? ? ? ?? ? ? ? ? ?1CM RR Ocmvv???dB1 2 0 l o g ( )C M R R Ocmvv???____________ 33/66 第三講 智能儀器的前向通道 運算放大器的非理想特性（ 7） ? 電源抑制比（ PSRR） ?運放供電電壓的變化引起運放輸出的變化 ?誤差模型： 1PSRR Osvv???dB1 2 0 l o g ( )P S R R Osvv???____________ 34/66 第三講 智能儀器的前向通道 運算放大器的非理想特性（ 8） ?輸入擺動引起的失調(diào)電壓 ?實際運放的開環(huán)增益 a是總是有限的 ?反饋為有差系統(tǒng) ?誤差模型： ?非理想運放的總失調(diào) ?考慮前述各項因素后的總失調(diào) ?誤差模型： 0ov v v??? ? ?() C M R R PS R Rc m S oO S O S v V vV TC V T a? ? ?? ? ? ? ?____________ 35/66 第三講 智能儀器的前向通道 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 1） 運算放大器只能從直流到某一個給定的頻率范圍內(nèi)提供高增益，超過這個頻率，增益就會隨著頻率的增加而下降，并且輸出相對于輸入來說還會有一個延時。 單位增益頻率 tf增益帶寬積 GBP閉環(huán)帶寬 Bf全功率帶寬 FBP上升時間 Rt轉(zhuǎn)換速率 SR建立時間 st____________ 36/66 第三講 智能儀器的前向通道 pvN 1mg 2a? 1 ov1oi eqR 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 2） 一個運算放大器的開環(huán)響應(yīng)可能會很復(fù)雜，但是常見的運放為了穩(wěn)定它們的特性，防止產(chǎn)生不需要的振蕩，在芯片上集成了若干補償元件，成為內(nèi)部補償?shù)倪\算放大器，因此其開環(huán)特性僅受到一個低頻極點的控制。 直流增益（低頻增益） 120 m e qa g R a?主極點頻率 12b e q e qf RC??米勒效應(yīng)倍增性質(zhì) 2(1 )e q cC a C??____________ 37/66 第三講 智能儀器的前向通道 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 3） 一個運算放大器的開環(huán)響應(yīng)除了含有 Req和 Ceq產(chǎn)生的主極點，一般還含有高階零點和高階極點，它們是由于組成不同級的晶體管所產(chǎn)生的。主極點頻率故意選擇很低，是為了確保在高階根頻率時，增益已經(jīng)完全下降到單位增益以下，因此可以忽略其影響。 內(nèi)部補償運放的開環(huán)傳遞函數(shù) ( dB )abf tf0/10bf bf10 bftf ( de c )f ( de c )f00a? 2 0 d B /d e c?45??900( j ) 1 j / baaf ff? ?單位增益頻率 tf 幅頻特性穿越 0dB時的頻率，由于 ftfb, 則 0tbf a f?增益帶寬積 GBP ( j )G B P a f f??內(nèi)部補償運放具有恒定的 GBP， GBP=ft 0 3 d Bbaf ? 開 環(huán) 增 益 , 開 環(huán) － 頻 率 （ 開 環(huán) 帶 寬 ）____________ 38/66 第三講 智能儀器的前向通道 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 4） 考慮動態(tài)限制的運放的閉環(huán)響應(yīng) vivoR 2R 1R pvoviR 2R 1vovi跟隨器 反相放大器 同相放大器 vivoevf112RRR? 01 1 /( / )baff?1vivoevf01 1/( / )baff?vivoevf112RRR?2R? ? 01 1 /( / )baff??運放動態(tài)性能的限制會引起閉環(huán)響應(yīng)的幅度誤差和相位誤差 ?負反饋降低了開環(huán)增益，但是擴展了帶寬，稱為擴頻帶技術(shù) ?負反饋對于相位誤差也具有改善作用 ____________ 39/66 第三講 智能儀器的前向通道 vo 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 5） 運放的暫態(tài)響應(yīng) 測試電路 —— 跟隨器 1( j )1 j / baf ff? ?上升時間 Rt線性小信號參數(shù)，測試條件： (V)?mV t0invov小信號方波輸入，輸出從 10%上升到 90%的輸入幅值所需時間 12 bf? ??Rbt f?( ) ( ),m om c r it om c r itV V V?? 臨 界 方 波 幅 值轉(zhuǎn)換速率（ Slew Rate） SR(V)mV t0inv oSR逐漸提高輸入方波信號的幅值，則響應(yīng)的斜率會隨之增加 0dd omtvVt ???當輸入方波信號的幅值高于某臨界值，響應(yīng)的斜率將出現(xiàn)飽和 這個飽和于某個常數(shù)的斜率稱為運放的轉(zhuǎn)換速率 SR（ V/us） 非線性大信號參數(shù)，測試條件： ( ) ( ),m om c r it om c r itV V V?? 臨 界 方 波 幅 值() 2om crit bSRV f??____________ 40/66 第三講 智能儀器的前向通道 vo 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 6） 運放的暫態(tài)響應(yīng) 測試電路 —— 跟隨器 無論何時采取措施試圖超越運放的 SR能力， SR的限制作用都會使信號失真 ds in ( 2 ) 2 c o s ( 2 )d oo o m o mvv V ft fV ftt? ? ?? ? ?如果要在高的頻率條件下工作，就必須將 Vom保持在足夠低的水平來避免失真 satSRF PB2 V?? 最大幅度依賴于具體的運放 SR、供電電源以及運放的輸出飽和值 全功率帶寬 FBP正弦信號輸出： 不失真條件： m a xd()d 2 2o omv S R S RfVt ??? ? ?FPB: 運放能夠產(chǎn)生具有最大可能幅度的無失真交流輸出時的最大頻率 O P S RM H zV?舉 例 ： 精 密 運 放 － 07 ， ＝ 0 . 3 V / s（ 1 ） 如 果 希 望 跟 隨 1 信 號 不 失 真 ， 問 ： 信 號 幅 度 不 能 超 過 多 少 ？（ 2 ） 如 果 希 望 1 的 信 號 通 過 運 放 不 失 真 ， 問 ： 信 號 的 頻 率 不 能 超 過 多 少 ？____________ 41/66 第三講 智能儀器的前向通道 ts 運算放大器的動態(tài)特性限制（ 7） 運放的暫態(tài)響應(yīng) 測試電路 大輸入階躍響應(yīng)從原點出發(fā)一直到開始穩(wěn)定并保持在一個給定的誤差 范圍內(nèi)所需要的時間。 建立時間 stR 2R 1voviR 3R 42 k2 k2 k2 kvF G大信號階躍響應(yīng)的三個階段： （ 1）高階極點引起的初始傳輸延時； （ 2）受 SR限制的變化； （ 3）從與 SR相關(guān)的過載狀態(tài)中恢復(fù)，產(chǎn)生振鈴； 典型的 ts測試電路： （ 1） R3和 R4組成虛地的電路， 理想情況下 vFG=0 （ 2）實際上，由于運放產(chǎn)生的瞬變現(xiàn)象， vFG會瞬時偏離零值 （ 3）通過觀察 vFG偏離量可以來測量 ts （ 4）肖特基二極管的作用是防止測量用輸入放大器飽和 （ 1）元件引線盡量短； （ 2）采用金屬膜電阻，避免使用繞線式電阻； （ 3）供電電源的旁路； （ 4）給輸入、負載和反饋網(wǎng)絡(luò)提供獨立的接地回路 為了充分實現(xiàn)運放建立時間的能力， 必須適當注意元器件的選擇，布局 和接地；否則會使精心設(shè)計的運放 失去意義！ ____________ 42/66 第三講 智能儀器的前向通道 ? 干擾噪聲：電路與外界或電路自身的不同部分之間多余的相互作用產(chǎn)生的噪聲 ? 機 電噪聲：聲音，光，振動等（通過傳感器后變換成電噪聲） ? 電力線路的頻率和它的諧波 ? 無線電，射頻發(fā)生設(shè)備 ? 機械開關(guān)電弧，高壓放電 ? 電抗元件電壓尖脈沖 ? 干擾噪聲的抑制 ? 濾波，去耦合 ? 隔離，消除接地回路 ? 靜電和電磁屏蔽 ? 抑制電源噪聲 運放的 噪聲（ 1） ____________