如何通過(guò)增益帶寬積選擇運(yùn)放?
發(fā)布時(shí)間:2021-06-07 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】對(duì)于運(yùn)放來(lái)說(shuō),它會(huì)有幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)會(huì)影響運(yùn)放的性能:開(kāi)環(huán)增益、共模抑制比、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流、差模輸入電壓、3dB帶寬、壓擺率、單位增益帶寬或者增益帶寬積等。
最近談到運(yùn)放,有客人說(shuō):運(yùn)放看起來(lái)很簡(jiǎn)單,可是我隨便選兩顆來(lái)評(píng)估,輸出的信號(hào)明顯失真,請(qǐng)問(wèn)是怎么回事呢?
對(duì)于運(yùn)放來(lái)說(shuō),它會(huì)有幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)會(huì)影響運(yùn)放的性能:開(kāi)環(huán)增益、共模抑制比、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流、差模輸入電壓、3dB帶寬、壓擺率、單位增益帶寬或者增益帶寬積等。
今天,我們來(lái)討論一下增益帶寬積,下圖是運(yùn)放內(nèi)部晶體管的數(shù)學(xué)模型:
在用戴維南定理做等效代換之前,我們不妨先來(lái)重點(diǎn)回憶一下電容等效公式,它在后面的模型設(shè)計(jì)中會(huì)非常有用
低頻工作時(shí),電容的阻抗特別大,高頻工作時(shí),電容的阻抗特別小,我們一般在中頻段,把級(jí)間電容視為開(kāi)路,耦合電容視為短路,低頻工作時(shí),主要考慮耦合電容,高頻工作時(shí),主要考慮級(jí)間電容,那么,根據(jù)以上設(shè)定,我們分別得出其對(duì)應(yīng)的中頻、低頻和高頻等效模型來(lái)一一分析。
運(yùn)放的中頻等效模型
按照中頻特性等效模型,中頻放大倍數(shù)
運(yùn)放的低頻等效模型
按照低頻等效模型,低頻放大倍數(shù)
為方便簡(jiǎn)化,我們?cè)O(shè)定一個(gè)下限頻率,此下限頻率由輸出阻抗來(lái)決定的,中頻特性和低頻特性之間存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系:
運(yùn)放的高頻等效模型
同樣,我們?cè)賮?lái)看看高頻特性,高頻放大倍數(shù)
我們同樣設(shè)定一個(gè)上限限頻率,此上限限頻率由輸出阻抗來(lái)決定的,中頻特性和低頻特性之間存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系:
綜合以上信息,考慮到耦合電容和結(jié)電容的影響,根據(jù)電壓放大倍數(shù)建立一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)以上這些公式,我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)放在10倍下限頻率和1/10倍上限頻率之間,會(huì)有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工作區(qū)間
結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中,通常來(lái)說(shuō),一般的運(yùn)放產(chǎn)品中,上限頻率遠(yuǎn)大于下限頻率,所以,我們?cè)O(shè)定運(yùn)放有一個(gè)通頻帶,運(yùn)放在這個(gè)通頻帶中工作穩(wěn)定
根據(jù)以上公式表明,通頻帶和中頻放大倍數(shù)近似于一個(gè)常數(shù),我們定義這個(gè)常數(shù)為增益帶寬積。
在運(yùn)放通常能實(shí)現(xiàn)全覆蓋的模型傳遞函數(shù)中,運(yùn)放在設(shè)定的1/10倍上限頻率(多數(shù)情況下,運(yùn)放具有很好的低頻特性,下限頻率一般為0)能正常工作,所以,我們都會(huì)建議客戶選取10倍增益帶寬的運(yùn)放來(lái)達(dá)到最佳匹配,當(dāng)然,以上公式并不適合所有的運(yùn)算放大器模型,對(duì)于電流反饋型的運(yùn)算放大器,以上推導(dǎo)不成立。
美國(guó)微芯公司(Microchip)最近發(fā)布一款零漂移、低功耗、小體積運(yùn)放產(chǎn)品。
主要特點(diǎn):
漂移特性
失調(diào)電壓 <25uV
溫漂 150Nv/℃
CMRR/PSRR 110dB
功耗特性
10MHz GBWP功耗電流1.6mA
(來(lái)源:本文系21ic論壇網(wǎng)友wolfe_yu原創(chuàng))
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