简述运算放大器增益误差设计

 

　　运算放大器(简称"运放")是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名"运算放大器".运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当。运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。

　　运算放大器是差分输入、单端输出的极高增益放大器，常用于高精度模拟电路，因此必须精确测量其性能。但在开环测量中，其开环增益可能高达10或更高，而拾取、杂散电流或塞贝克(热电偶)效应可能会在放大器输入端产生非常小的电压，这样误差将难以避免。

　　不要再反复检查您的电阻值了!在增益单元中设计某个放大器时，为这项工作选择备选放大器时您需要了解一些事情。例如，您的信号最大带宽 (SBW) 是多少?放大器闭环噪声增益 (NG) 是多少，以及考虑中的放大器的增益带宽产品 (GBWP) 是什么?另外，您想要容许多少增益误差?闭环噪声增益就是放大器增益，就像一个小电压源与运算放大器同相输入串联。

　　让我们通过例子来说明这个问题。例如，以1 MHz信号带宽 (SBW) 开始，图 1 所示放大器电路噪声增益(NG = 1 + 9R/R)为10V/V.图1还显示了具有相对于该电路刚好足够带宽的放大器的开环频率响应;或者您认为合适的开环频率响应。放大器 GBWP 为 16 MHz.

　　

 

　　图1:该电压反馈放大器的开环增益和闭环增益具有16 MHz的增益带宽产品和10 V/V的电路噪声增益。

　　由图 1 所示可知，像它这样的运算放大器可以支持 1 MHz 频率 10 V/V (20 dB) 的增益，但我们需要进一步研究。SBW 开环增益曲线的增益为：

　　

 

　　在我们的例子中，1 MHz频率下放大器的开环增益 (AVOL-SBW) 等于 16 V/V.但是，没什么好抱怨的。该电路的闭环增益误差等于 NG/(AOL-SBW + NG)。在我们的例子中，1 MHz 闭环增益误差等于 0.385,即 38.5% 的增益误差!

　　就该电路而言，如果您想要容许放大器 0.05 的增益误差，同时您知道因产品和温度的不同，放大器的 GBWP 会改变 30% 最大值，则您需要一个具有 247 MHz GBWP 的放大器。产品选择部分的指导公式如下：

　　

 

　　在为您的电路选择放大器时，请使用该公式获得一次过关。在您确定放大器的带宽以后，您便可以开始深入研究您应用的其它重要放大器特性，例如：电压补偿或噪声。