文章目錄

• 前言
• 一、指標分類
• 二、“軌”的概念
• 三、運放的增益
• 四、運放的開環增益
• 五、總結
• 六、例子

前言

今天我們來學習運放使用時要注意哪些指標!

一、指標分類

運算放大器的指標大致可以分為三大類：速度指標、精度指標、環境指標。

運算放大器的速度指標有兩個：一個是帶寬增益積(或單位增益帶寬);另一個是轉換速率。

其中轉換速率我們已經講過了，大家可以看這一篇：轉換速率

帶寬增益積是從頻域上描述運放的工作速度，而轉換速率則是從時域上描述運放的工作速度。

帶寬增益積決定了運放電路(由運放構成的各種線性電路)的最高工作頻率。

轉換速率決定了運放電路能夠輸出波形的最大變化率。

精度指標決定了在直流情況或輸入緩變信號情況下運放電路傳遞函數的誤差程度。

環境指標則用于描述運放與運放外部環境的適應能力。

運放的外部環境包括：電源供電、輸入電壓、輸出電壓與負載情況等。

運放的指標往往在不同的環境條件下而不同，這種情況一般用變化曲線來描述。

二、“軌”的概念

運算放大器的輸出電壓范圍：最高不能超過正電源電壓，最低不能超過負電源電壓

所以運放最大輸出被正負電源電壓所限，稱為“軌”，即Rail。稱為“正電源軌”和“負電源軌”

一般雙極型管運放最高輸出電壓比正電源軌略低，最低輸出電壓比負電源軌略高，大約相差1~2V。

但是場效應管運放可以做到最高輸出電壓非常接近正電源軌，最低輸出電壓非常接近負電源軌，大約相差可以達到幾百甚至幾十毫伏。這種運放稱為 “軌到軌”運放，也稱為RR運放(Rail to Rail)。

但不是所有場效應管運放都是RR運放。

RR運放舉例： TLV2460 、 READ2302G 。OPA192,OPA209

非RR運放舉例： NE5532。

三、運放的增益

用運放構成的電路中，其傳輸系數(即增益)往往只取決于外部元件參數，而與運放本身無關。——但這是有條件的。條件就是反饋深度1+AF要足夠大。

負反饋放大器的閉環增益為：

實際增益：

預期增益：

所以實際的增益小于預期增益：

例如，用運放構成一個電壓跟隨器，則F=1。

設A=1000，則AF=0.999;如果A=10，則AF=0.909。

所以開環增益A越大，則實際增益與預期增益相差越小。

四、運放的開環增益

我們一直說開環增益 ，那開環增益到底是什么

開環增益是指：運放輸出端的電壓與運放兩個輸入端之間電位差的比值。

實際運用中我們只需要看運放的開環增益曲線就行了。實際運用中我們是閉環使用。閉環使用的增益又跟開環增益有關，所以必須要掌握。在芯片手冊中

例如NE5532

OPA227,OPA228

五、總結

這就取決于設計上允許實際增益與預期增益的誤差。

實際增益與預期增益的誤差要求決定了所需的開環增益的大小。

但是，開環增益與頻率相關。頻率越高，則開環增益越小。

而開環增益不能小到實際增益與預期增益的誤差超出設計要求。

所以，反饋深度1+AF的大小決定了運放電路傳輸系數(即增益)的準確程度。

而對運放電路的反饋深度的要求實際上是對運放的開環增益的要求。

當然，運放電路的閉環增益越高，反饋系數F就越小，則對開環增益A的要求就越高。

運放電路需要在所有工作頻率上都滿足預期要求，而最高工作頻率上滿足要求就成為基本條件——這就決定了所需運放器件的速度指標。

六、例子

要求該電路在1kHz~100kHz頻率范圍內，增益達到10。

從計算上來說，這個電路的增益應該是(1+R2/R1)=10.1。這就是預期增益。

但是，如果運放芯片選取LM358，則在100kHz頻率上的實際增益大概只能達到5，而在1kHz頻率上，實際增益可以達到9.9。

為什么呢?——這是因為運放LM358的速度不夠，當頻率從1kHz升高到100kHz時開環增益下降過多所致。

同時轉換速率也是制約運放工作的重要因素之一。

運放的速度指標決定了運放最高可以在什么頻率上有效工作。——這里的有效，指的是實際的閉環增益與預期的閉環增益之間的誤差完全能夠滿足設計要求。

所以，需要了解運放的速度指標，并且能夠運用其速度指標正確設計運放電路。

實際上，此處“正確設計運放電路”指的是正確選擇運放型號。

從原理上來說，需要了解運算放大器在速度上的一些基本處理方法。