教你從4個(gè)維度7個(gè)指標(biāo)選取適合你的電源運(yùn)放

01

輸入輸出范圍

軌到軌運(yùn)放，想必大家都不陌生。

供電電源軌

Power rail

什么是供電電源軌？

運(yùn)放供電電壓，決定運(yùn)放處理信號(hào)的范圍。

軌到軌指的是，運(yùn)放輸入輸出范圍，可以擺到電源軌。

如下圖所示：

為什么會(huì)有非軌到軌特性？

輸入：差分基本放大電路，MOS/BJT在輸入電壓（共模）較大時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，導(dǎo)致非軌到軌現(xiàn)象產(chǎn)生。

輸出：甲乙類功率放大電路，BJT的飽和電壓、二極管的Forward壓降，導(dǎo)致此現(xiàn)象產(chǎn)生。

非軌到軌特性對(duì)電源設(shè)計(jì)的影響？

在下最早接觸電力電子設(shè)計(jì)時(shí)，碰到過(guò)這種情況。選用某非軌到軌運(yùn)放，輸入正弦波，輸出突然被削頂。

而后突然驚覺(jué)。竟選用非軌到軌運(yùn)放。難怪如此。說(shuō)起來(lái)抽象，直接上圖：

結(jié)論1：

結(jié)論：在現(xiàn)今CMOS電平橫行年代，軌到軌特性尤為重要！

02

頻率特性(速度)

1

帶寬增益積

GBW: Gain bandwidth product

什么是GBW？

運(yùn)放開(kāi)環(huán)帶寬為1時(shí)的頻率，亦稱為單位增益帶寬。

啰嗦一句，這里工程師，經(jīng)常把GBW誤稱為帶寬。真實(shí)的兩個(gè)概念，運(yùn)放一般給出帶寬增益積的指標(biāo)。

GBW對(duì)電源采樣電路有哪些影響？

仍以差分放大電路為例。不考慮誤差時(shí)，增益為R2/R1，某次應(yīng)用中，你突然發(fā)現(xiàn)，放大100kHz信號(hào)，為何增益小于R2/R1？

這時(shí)你要問(wèn)自己，設(shè)計(jì)電路時(shí)，考慮GBW了嗎？

以某運(yùn)放為例：

GBW=1MHz,AOL=100kHz=20dB(10倍)。

以閉環(huán)系統(tǒng)思路分析：

你的期望是: 100kHz信號(hào)能完整放大10倍（理論上R2/R1=10）

實(shí)際情況是: 增益G=5，因?yàn)殚_(kāi)環(huán)增益不夠的緣故。

結(jié)論2

GBW越大，一般某頻率處，開(kāi)環(huán)增益越大，理論增益和實(shí)際增益差距越小。

2

壓擺率

SR: Slew rate

什么是SR？

運(yùn)放輸出電壓的轉(zhuǎn)換速率。

通常單位為V/us

SR怎樣考量？

如果，某信號(hào)需要快速保護(hù)，擺率會(huì)影響這個(gè)信號(hào)的延遲。

結(jié)論3

快速運(yùn)放擺率大，適合做快速保護(hù)。

03

精度

1

輸入失調(diào)電壓Vos

Offset voltage

什么是輸入失調(diào)電壓Vos？

簡(jiǎn)單解釋：為了使輸出電壓為零，在輸入端施加的差分電壓。

為什么會(huì)有輸入失調(diào)電壓Vos？

運(yùn)放輸入級(jí)，BJT/CMOS組成的差分放大電路，理論上完全對(duì)稱。

然而，受工藝所限，不匹配的輸入級(jí)，導(dǎo)致了輸入失調(diào)電壓。

Vos對(duì)電源的影響？

以差分放大電路為例:

理論增益為：

考慮失調(diào)電壓后增益為：

多大影響，一算便知~

結(jié)論4

輸入失調(diào)電壓會(huì)影響精密度，對(duì)于精確度較高的應(yīng)用，選取失調(diào)電壓小的運(yùn)放。

2

輸入偏置電流

Bias current

什么是輸入偏置電流Ibias？

運(yùn)放輸入端P/N輸入電流之和。

為什么存在輸入偏置電流Ibias？

運(yùn)放輸入是差分放大電路，那想讓它工作，得給人靜態(tài)工作點(diǎn)吧。

輸入偏置電流，便由輸入級(jí)直流工作點(diǎn)引入。

Ibias對(duì)電源采樣調(diào)理電路的影響？

仍以差分放大電路分析：

考慮偏置電流，放大倍數(shù)為：

因此，理論上，只要電阻參數(shù)完全相等，輸入偏置電流對(duì)差分放大電路，沒(méi)有任何影響。

但其他運(yùn)放典型應(yīng)用呢？以反相比例放大電路(R*=0)為例：

考慮偏置電流，放大倍數(shù)為：

結(jié)論5

輸入偏置電流可以通過(guò)差分、添加補(bǔ)償電阻去除。

04

抗擾度

1

共模抑制比

CMRR: Common mode rejection ratio

什么是共模抑制比CMRR？

差分信號(hào)放大倍數(shù)/共模信號(hào)放大倍數(shù)

也許一般人不重視這個(gè)參數(shù)，但是，當(dāng)你的調(diào)理電路，被開(kāi)關(guān)噪聲，干擾的一塌糊涂，你就懂這個(gè)痛了。

結(jié)論6

越大的CMRR，對(duì)抑制開(kāi)關(guān)噪聲（共模干擾），越有效果。

2

電源抑制比

PSRR: Power supply rejection ration

什么是電源抑制比PSRR？

電源信號(hào)/對(duì)應(yīng)的輸出電壓。

也許還有人，也不重視這個(gè)參數(shù)，但是當(dāng)你發(fā)現(xiàn)，輸出疊加輔助電源的開(kāi)關(guān)次信號(hào)，你就懂了。

在下當(dāng)年調(diào)電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)放輸出，總是疊加一個(gè)很小的紋波，和輔電開(kāi)關(guān)頻率一致，我陷入了沉思…

結(jié)論7

PSRR越大，輔電對(duì)運(yùn)放輸出影響越小。