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運算放大器增益誤差設計指南
文章來源:德州儀器 更新時間:2011/2/22 14:48:00
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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通過該放大器進行傳輸的信號帶寬。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品選擇方案,但是這種設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,您可能會發現當您將應用最大頻率的輸入正弦波信號置入系統時,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。您放大器的轉換速率等級超出所需。另外,您并沒有驅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?放大器閉環噪聲增益 (NG) 是多少,以及考慮中的放大器的增益帶寬產品 (GBWP) 是什么?另外,您想要容許多少增益誤差?閉環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。

 

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頻率響應;或者您認為合適的開環頻率響應。放大器 GBWP 為 16 MHz。

 

 

圖1:該電壓反饋放大器的開環增益和閉環增益具有16 MHz的增益帶寬產品和10 V/V的電路噪聲增益。(電子系統設計)
圖1:該電壓反饋放大器的開環增益和閉環增益具有16 MHz的增益帶寬產品和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 開環增益曲線的增益為:

 

 

運算放大器增益誤差設計指南(電子系統設計)

 

在我們的例子中,1 MHz頻率下放大器的開環增益 (AVOL-SBW) 等于 16 V/V。但是,沒什么好抱怨的。該電路的閉環增益誤差等于 NG/(AOL-SBW + NG)。在我們的例子中,1 MHz 閉環增益誤差等于 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。產品選擇部分的指導公式如下:

 

 

運算放大器增益誤差設計指南(電子系統設計)

 

在為您的電路選擇放大器時,請使用該公式獲得一次過關。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。

 
 
 
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