運算放大器增益誤差設(shè)計指南分享

作者：Bonnie Baker，德州儀器 (TI)，高級應用工程師

您坐下來為您的電路選擇合適的運算放大器 (op amp) 時，首先要做的便是確定系統(tǒng)通過該放大器進行傳輸?shù)?a target="_blank">信號帶寬。一旦您確定下來這一點，您便可以開始尋找正確的放大器。來自高速設(shè)計專家的告誡是：您應該避免使用相對您的應用而言速度過快的模擬器件。因此，您要盡量選擇一種閉環(huán)帶寬稍高于信號最大頻率的放大器。

它聽起來好像是一種較好的產(chǎn)品選擇方案，但是這種設(shè)計方法將可能會給您的應用板帶來災難性的后果。在實驗室中，您可能會發(fā)現(xiàn)當您將應用最大頻率的輸入正弦波信號置入系統(tǒng)時，您放大器的輸出信號并未穿過希望的全刻度模擬范圍。信號增益遠低于預期。您放大器的轉(zhuǎn)換速率等級超出所需。另外，您并沒有驅(qū)動放大器輸出至電源軌中。哪里出錯了呢？

不要再反復檢查您的電阻值了！在增益單元中設(shè)計某個放大器時，為這項工作選擇備選放大器時您需要了解一些事情。例如，您的信號最大帶寬 (SBW) 是多少？放大器閉環(huán)噪聲增益 (NG) 是多少，以及考慮中的放大器的增益帶寬產(chǎn)品 (GBWP) 是什么？另外，您想要容許多少增益誤差？閉環(huán)噪聲增益就是放大器增益，就像一個小電壓源與運算放大器同相輸入串聯(lián)。

讓我們通過例子來說明這個問題。例如，以1 MHz信號帶寬 (SBW) 開始，圖 1 所示放大器電路噪聲增益（NG = 1 + 9R/R）為10V/V。圖1還顯示了具有相對于該電路剛好足夠帶寬的放大器的開環(huán)頻率響應；或者您認為合適的開環(huán)頻率響應。放大器 GBWP 為 16 MHz。

圖 1 該電壓反饋放大器的開環(huán)增益和閉環(huán)增益具有 16 MHz 的增益帶寬產(chǎn)品和 10 V/V 的電路噪聲增益。

由圖 1 所示可知，像它這樣的運算放大器可以支持 1 MHz 頻率 10 V/V (20 dB) 的增益，但我們需要進一步研究。SBW 開環(huán)增益曲線的增益為：

在我們的例子中，1 MHz頻率下放大器的開環(huán)增益 (AVOL-SBW) 等于 16 V/V。但是，沒什么好抱怨的。該電路的閉環(huán)增益誤差等于 NG/(AOL-SBW + NG)。在我們的例子中，1 MHz 閉環(huán)增益誤差等于 0.385，即 38.5% 的增益誤差！

就該電路而言，如果您想要容許放大器 0.05 的增益誤差，同時您知道因產(chǎn)品和溫度的不同，放大器的 GBWP 會改變 30% 最大值，則您需要一個具有 247 MHz GBWP 的放大器。產(chǎn)品選擇部分的指導公式如下：

在為您的電路選擇放大器時，請使用該公式獲得一次過關(guān)。在您確定放大器的帶寬以后，您便可以開始深入研究您應用的其它重要放大器特性，例如：電壓補償或噪聲。

參考文獻

1. 《增益誤差會影響運算放大器的選擇》，作者：Bendaoud, Soufiane，Planet Analog，2006 年 7 月
2. 《運算放大器增益分析》，作者：Mancini, Ron，EDN，2000 年 12 月 7 日

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