标签: 精密放大器
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作者：Bruce Trump， 德州仪器 (TI) 在帮助选择运算放大器和仪表放大器时，我经常听到这样的声音：“我需要真正的高输入阻抗。”哦，真是如此吗？你确定吗？ 输入阻抗，更确切地说是 输入电阻 ，很少会成为一个严重问题。（输入电容也即输入阻抗的电抗部分则是另外一回事，我们改日再讨论。）通常，我们最需要的是 低输入偏置电流 I B 。没错，它们相关，但却不同。下面，让我为你娓娓道来： 一个简单的单输入模型为电流源（输入偏置电流）和输入电阻的并联组合，如图 1 所示。该电阻器使输入电流随输入电压而变化。输入偏置电流为具体输入电压下的输入电流，通常使用中等电源。 输入电阻是一种“输入电压变化，输入电流也变化”的方法。它可能具有一安培的输入偏置电流，并且输入电阻仍然极高。 我们通常会给出一幅典型图，表明输入偏置电流与共模电压的关系。下面有一些例子，你可以看到它并非为一条笔直的线条。请注意，OPA211 为一款具有输入偏置电流抵消功能的 BJT 输入运算放大器，它可以大大降低输入偏置电流，但其仍然很高。OPA211 的输入偏置电流和高噪声电流（后面再讨论），让其可能无法用于 10kΩ 以上的电源电阻，因此其 1.3GΩ 的输入电阻很少会成为一个问题。 OPA320 CMOS 运算放大器拥有很小的输入偏置电流，且其主要来自于输入ESD保护电路的漏电流。这些漏电流在轨电压附近达到最大。当要求非常低的输入偏置电流时，CMOS 和 JFET 输入放大器通常为最佳选择。没错，输入电阻也很高，但在选择放大器时它一般不会是一个重要的考虑因素。 输入偏置电流会对精密模拟电路产生不利影响的方式有几种。流过某个电源电阻或者反馈网络电阻后，它会让 I B ∙R S 促使形成偏移电压。渡过某些传感器和化学单元时，例如：PH 电极，它会极化该电极，从而形成误差，甚至造成永久性损坏。输入偏置电流将对积分电路的电容器充电，形成一个零输入的斜线上升输出。 根据你的电路对输入偏置电流的敏感程度，它可以成为放大器选择过程中的决定因素。查看典型性能图表，其表明了输入电压的 I B 变化情况，并注意具体的电压范围。CMOS 和 JFET 放大器的高温表现可能会特别重要，因为它们的 I B 通常随温度升高而急剧增加。
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作者：Bruce Trump， 德州仪器 (TI) 在帮助选择运算放大器和仪表放大器时，我经常听到这样的声音：“我需要真正的高输入阻抗。”哦，真是如此吗？你确定吗？ 输入阻抗，更确切地说是 输入电阻 ，很少会成为一个严重问题。（输入电容也即输入阻抗的电抗部分则是另外一回事，我们改日再讨论。）通常，我们最需要的是 低输入偏置电流 I B 。没错，它们相关，但却不同。下面，让我为你娓娓道来： 一个简单的单输入模型为电流源（输入偏置电流）和输入电阻的并联组合，如图 1 所示。该电阻器使输入电流随输入电压而变化。输入偏置电流为具体输入电压下的输入电流，通常使用中等电源。 输入电阻是一种“输入电压变化，输入电流也变化”的方法。它可能具有一安培的输入偏置电流，并且输入电阻仍然极高。 我们通常会给出一幅典型图，表明输入偏置电流与共模电压的关系。下面有一些例子，你可以看到它并非为一条笔直的线条。请注意，OPA211 为一款具有输入偏置电流抵消功能的 BJT 输入运算放大器，它可以大大降低输入偏置电流，但其仍然很高。OPA211 的输入偏置电流和高噪声电流（后面再讨论），让其可能无法用于 10kΩ 以上的电源电阻，因此其 1.3GΩ 的输入电阻很少会成为一个问题。 OPA320 CMOS 运算放大器拥有很小的输入偏置电流，且其主要来自于输入ESD保护电路的漏电流。这些漏电流在轨电压附近达到最大。当要求非常低的输入偏置电流时，CMOS 和 JFET 输入放大器通常为最佳选择。没错，输入电阻也很高，但在选择放大器时它一般不会是一个重要的考虑因素。 输入偏置电流会对精密模拟电路产生不利影响的方式有几种。流过某个电源电阻或者反馈网络电阻后，它会让 I B ∙R S 促使形成偏移电压。渡过某些传感器和化学单元时，例如：PH 电极，它会极化该电极，从而形成误差，甚至造成永久性损坏。输入偏置电流将对积分电路的电容器充电，形成一个零输入的斜线上升输出。 根据你的电路对输入偏置电流的敏感程度，它可以成为放大器选择过程中的决定因素。查看典型性能图表，其表明了输入电压的 I B 变化情况，并注意具体的电压范围。CMOS 和 JFET 放大器的高温表现可能会特别重要，因为它们的 I B 通常随温度升高而急剧增加。
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作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI) 轨至轨放大器可产生极为接近接地的输出电压……但到底接近到什么程度呢？我们谈的是CMOS运算放大器。当你正努力最大化输出电压摆动时，它常用于低压设计。这些器件的规格通常如下： 这让它看起来，输出绝不会比15mV更接近接地，而最后一个15mV对于准确的零式测量至关重要。但请等一下……你的确需要仔细理解这种规格的所有状态。假设负载在两个电源端之间“半”连接。我们通常可在规格表的顶部看到这些状态，你会看一条如下声明……. R L 连接至 V S /2. 在这种规格状态下，在输出靠近接地时，放大器必须通过负载电阻器吸取电流。它反映了放大器测试的方法，其确保它能够正确地输出和吸取电流。这是测试和规定放大器的一种明智、保守的方法，但它却不是连接你的负载的方法。假设你的负载如图1所示连接接地。负载电阻器实际帮助下拉输出至接地，而吸取电流也无需放大器。 在这种状态下，大多数CMOS运算放大器的摆动均可非常接近接地—小于1到2毫伏。规格可能并没有重点说明这种能力，但其已显示在图中。图2表明，输出电压摆动与输出电流相关。该图可能受益于高精度，但你会看到在进行这种测试时输出电压与具体的电压轨相交，即±2.75V。单电源工作时，V-电源等于0V。 现在，我需要增加一些附加条件。注意，在图3中，反馈网络参考接地。你需要考虑放大器负载的所有源，不仅仅只是R L 。在这种情况下，R1 + R2为同RL并联的有效附加接地参考负载。但是，如果R1参考正电压，则输出接近0V时需要放大器来吸取来自反馈网络的电流，并且输出摆动无法非常接近接地。 另一个附加条件。在同一块电路中，如果增益增高，则输入偏置电压可能会使你的输出摆动变小。例如，G=20时，如果输入为+1mV运算放大器的偏置电压，零输入将产生20mV输出。这不是由于输出摆动限制，而是偏置电压问题。当然，小负输入电压可带来极为接近0V的输出，但你的电路绝不会有负输入电压。 再次—反应式负载AC信号或许是一个例外。负载电流和电压与反应式负载不同相，因此输出电压接近接地时可能要求放大器来吸取电流。 最后—我们谈的是CMOS运算放大器。双极（BJT）运算放大器摆动无法如此接近接地。 低压、电池供电型电路具有挑战性，因为我们好像始终都在努力最大化电压摆动。较好地理解运算放大器的性能以后，你才能挤出更多的输出摆动，以接近接地。如果你对某个具体的放大器或者电路配置有疑问，请访问我们的E2E论坛。
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对于设计工程师和选型工程师来说，运算放大器如何选型？在设计中如何更好地使用运算放大器等，这都是一门学问。许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用。一般而言，当您只需要一个简单的比较器，并且您在四运算放大器封装中还有一个“多余”运算放大器时，这种做法是可行的。稳定运算放大器运行所需的相位补偿意味着把运算放大器用作比较器时其速度会非常的低，但是如果对速度要求不高，则运算放大器可以满足需求。偶尔会有人问到我们运算放大器的这种使用方法。这种方法有时有效，有时却不如人们预期的那样效果好。为什么会出现这种情况呢？许多运算放大器都在输入端之间有电压钳位，其大多数一般都使用背靠背二极管（有时使用两个或者更多的串联二极管）来实施。这些二极管保护输入晶体管免受其基极结点反向击穿的损害。差动输入为约6V时便会出现许多IC工艺击穿，这会极大地改变或者损坏晶体管。下图显示了NPN输入级，D1和D2提供了这种保护功能。文档目录：作者BruceTrump介绍..............................................................................................................................1写在前面........................................................................................................................................................21将运算放大器用作比较器——此举可行吗?.......................................................................................52仪表放大器——可避免常见的设计陷阱..............................................................................................83差动输入钳位——它们影响您的运算放大器电路吗？...................................................................104电流源（以及电流阱）——对顺从电压范围的理解.......................................................................125输入偏置电流消除电阻——您真的需要它们吗？...........................................................................146运算放大器电压范围——输入和输出之解疑释惑...........................................................................167差动放大器——良好匹配电阻器不可或缺的器件...........................................................................198构建属于你自己的差动放大器——有时1%电阻就已经足够了..................................................219电源旁路——SPICE仿真与现实的差距............................................................................................2410为什么运算放大器会发生振荡—两种常见原因浅析.....................................................................2611“驯服”振荡运算放大器...................................................................................................................2812“驯服”振荡—电容性负载问题......................................................................................................3013“典型值”——在产品说明书规范中到底是什么意思？............................................................................................3214热电耦——每一个模拟设计人员都应该熟知的组件.....................................................................................3415靠近接地摆动——单电源工作..........................................................................................................3616“我需要高输入阻抗！”...................................................................................................................3817失调电压与开环增益——它们是“表亲”.....................................................................................4018光电二极管启蒙...................................................................................................................................4219用SPICE模型仿真失调电压................................................................................................................4420消失的失调电压调整引脚...................................................................................................................4621SPICE仿真——BobPease会说No吗？.........................................................................................4822如何用好电位器？...............................................................................................................................5023运放稳定性的SPICE仿真....................................................................................................................5224匹配，匹配！双通道运放有多相似？..............................................................................................5425输入引脚的过电应力(EOS)保护........................................................................................................5625CMOS放大器和JFET放大器的输入偏置电流............................................................................5827运算放大器：单位增益稳定放大器和非完全补偿放大器........................................................6028如何处理未使用的运放.......................................................................................................................6229温度对输入偏置电流的影响...............................................................................................................64
