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静态Op Amp的限制【2】  

2014-06-02 14:09:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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上一节讲到输入偏置电流对运算放大器性能的影响,为了尽量减小输入偏置电流的影响,常用的技术有:超高电流放大输入 Op Amp,输入偏置电流相消,JFET输入 Op Amp,MOSFET输入Op Amp等

超高电流放大:采用具有极高电流增益的输入BJT实现低的IB,这种BJT被称为具有超高电流放大系数晶体管,它采用非常薄的基级区域,使得基极电流的复合分量最小,可实现超过103A/A的βF值。

输入偏置电流相消:由特定的电路预估对输入晶体管进行偏置所需的基极电流,然后在内部提供这些电流,这使得从外界看来,就好像运算放大器可以在没有任何输入偏置电流情况下能够工作。

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

JFET输入Op Amp:采用结型场效应管(JFET)来实现输入级的差分对,而采用常规BJT来实现电路的其他部分。现在IB是JFET的栅极电流,它是栅极和沟道之间PN结的反相偏置电流,在室温条件下,这个电流一般是在几个pA的数量级上。

MOSFET输入Op Amp:采用金属氧化物半导体FET(MOSFET)实现差分输入对时,IB是栅极和沟道电容的漏电流,这个电流一般在几个pA的数量级上。

输入偏置电流漂移

观察发现BJT输入器件的IB倾向于随温度的增加而降低,因为βF会随着温度的增加而增加的缘故。而对于JFET输入器件来说,IB会随着温度的增加而呈现指数规律增加,一个著名的经验法则指出温度每升高10℃,二极管或JFET的PN结反相偏置电流都会增加一倍。

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

输入失调电压

由于处理vP和vN的输入级两部分之间存在固有的失配,通常实际运算放大器vo≠0,为了使vo等于零,必须在输入管脚之间加入一个合适的校正电压,这种偏移为输入失调电压VOS,如下图所示

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

忽略输入偏置电流的影响,注意力集中在VOS图(a)中无失调运算放大器对于VOS来说相当于一个同相放大器,这里

E0=(1+R2/R1)VOS是输出误差,显然噪声增益(1+R2/R1)越大,误差也就越大。同理可以得到(b)积分电路中静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

热漂移

与许多其他的参数类似,VOS与温度有关,可以用温度系数TC(VOS)表示,VOS(T)可以如下图表示

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

共模抑制比

实际的运算放大器对共模输入电压vCM=(vP+vN)/2也会稍有点敏感,因此传递特性可以表示为vo=a(vP-vN)+aCMvCM,其中a是差模增益,aCM是共模增益,a/aCM就是共模抑制比CMRR可以通过变换得到

静态Op Amp的限制【2】 - 苏之淼 - 网易博客

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供电电源抑制比

如果将运算放大器的一个供电电压VS变化一个给定的值VS,那么就会改变内部晶体管的工作点,这通常会使Vo发生一个微小的变化,与CMRR类似可以定义供电电源抑制比(PSRR)如下图所示

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输入摆动引起VOS的变化

实际运算放大器的开环增益a是有限的,因此vP-vN会随着输出摆动vovo/a的规律变化。

总结以上的几种影响VOS的因素,可以列出下面一个总的式子,其中VOS0是厨师输入失调电压。它的值在某一个参考工作点的值,这些参数本身是随着时间漂移的,例如,OP-77的长期稳定度为0.2uV/月。

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