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小信号处理电路设计随想2

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发表于 2015-6-15 20:20:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

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10、运放的其他增益指标
开环带宽:开环带宽定义为,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db(或是相当于运放的直流增益的0.707)所对应的信号频率。这用于很小信号处理。注意:是在开环条件下。  
转换速率SR运放转换速率定义为,运放接成闭环条件下,将一个大信号(含阶跃信号)输入到运放的输入端,从运放的输出端 测得运放的输出上升速率。由于在转换期间,运放的输入级处于开关状态,所以运放的反馈回路不起作用,也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标,对于一般运放转换速率SR<=10V/μs,高速运放的转换速率SR>10V/μs。目前的高速运放最高转换速率SR 达到6000V/μs。这用于大信号处理中运放选型。
全功率带宽BW全功率带宽定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端,使运放输出幅 度达到最大(允许一定失真)的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地,全功率带宽=转换速率/2πVopVop是运放的峰值输出幅度)。全 功率带宽是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。
建立时间:建立时间定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为1倍条件下,将一个阶跃大信号输入到运放的输入端,使运放输出由0增加到某一 给定值的所需要的时间。 由于是阶跃大信号输入, 输出信号达到给定值后会出现一定抖动,这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同 的输出精度,稳定时间有较大差别,精度越高,稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。
等效输入噪声电压:等效输入噪声电压定义为, 屏蔽良好、无信号输入的的运放,在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。 这个噪声电压折算到运放输入端时,就称为运放输入噪声电压(有时也用噪声电流表示)。对于宽带噪声,普通运放的输入噪声电压有效值约10~20μV
差模输入阻抗:差模输入阻抗定义为,运放工作在线性区时,两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输 入阻抗包括输入电阻和输入电容,在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧;场效应管 做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。
共模输入阻抗:共模输入阻抗定义为,运放工作在输入信号时(即运放两输入端输入同一个信号),共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下,它表现为共模电阻。通常,运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多,典型值在108欧以上。
11、运放的性能指标
输入失调电压VIO输入电压为零时,将输出电压除以电压增益,再加上负号,即为折算到输入端的失调电压。亦即使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。VIO是表征运放内 部电路对称性或者反映了输入级差分对管的失配程度,一般Vos约为(110mV,高质量运放Vos1mV以下。
输入失调电压温漂 :在规定工作温度范围内,输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。 该参数是指Vos在规定工作范围内的温度系数,是衡量运放温度影响的重要指标。一般情况下约为(1030uV/摄氏度,高质量的可 做<0.5uV/C(摄氏度)
输入失调电流:在零输入时,差分输入级的差分对管基极电流之差,II0|IB1IB2|。用于表征差分级输入电流不对称的程度。通常,Ios为(0.55nA,高质量的可低于1nA
输入失调电流温漂 :在规定工作温度范围内,输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。 它是指II0在规定工作范围内的温度系数,也是衡量运放受温度影响的重要指标,通常约为(150nA/C,高质量的约为几个pA/C
输入偏置电流:运放两个输入端偏置电流的平均值,确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。
最大差模输入电压:运放两输入端能承受的最大差模输入电压, 超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。平面工艺制成的NPN管,其值在5V左右,横向 PNP管的Vidmax可达+30V以上。  
最大共模输入电压:在保证运放正常工作条件下,共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时,输入差分对管出现饱和,放大器失去共模抑制能力。
12、什么样的信号称的上是大信号?
在运放的参数概念中,我们看到针对大信号,不仅要关注阻抗匹配,带宽,还需要考虑建立时间等参数。那么以什么为界来区分大小信号呢?当输出信号幅度很小在 0.1Vp-p 以下时,主要考虑增益带宽积的影响。当信号很大时一般在V以上时主要考虑压摆率的因素。
13、运放选型补充?
BWG的概念:运放的闭环增益为 1倍条件下,将一 个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得闭环电压增益下降 3db(或是相当于运放输入信号的0.707)所对应的信号频率。单位增益带宽 是一个很重要的指标,对于正弦小信号放大时,单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积, 换句话说, 就是当知道要处理的信号频率和信号需要 的增益后,可以计算出单位增益带宽,用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。
3DB的概念:输出为运放输入信号的0.707,也就是输出信号的功率降为输入信号的一半,在模拟电路领域,运放在3DB下的带宽用来衡量运放的性能。
运放处理交流信号的能力:通常用单位增益带宽积来加以衡量。
运放的选型:假如输入信号为50KHZ,需要放大到10倍。那么50KHZ*10=500K=0.5MHZ ,理论上 单位增益带宽积为500KHZ的都可以,但实际需要考虑最优特性,一般放大倍数应选取为单位增益的最大放大倍数的0.6倍以下,此处将0.6参数因子命名为理想因子(实际中无此参数)以此来保证器件的最优特性。因此0.5/0.6约等于1MHZ,所选器件至少达到1MHZ的 单位增益带宽积,实际中,为了考虑頻响特性,选取的运放的单位增益带宽积一般应稍大于所计算的值。
噪声特性、失调电压等对器件选型的影响:根据实际中产品的信噪比要求,选定具有合适品质因子的运放,且需要保证上文中的要求。
14、总结
    综上所述,前置电路应主要考虑阻抗匹配,中间级应主要考虑放大倍数与带宽积的关系,大信号的后级应主要考虑压摆率。此外还应根据信噪比要求、运用的场合来选取具有合适噪声特性、温票特性的放大器。

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发表于 2015-6-15 21:12:34 | 显示全部楼层
精华帖!!!!!!!!!!!
高速电路PCB网管理员。www.gaosupcb.com
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发表于 2015-6-16 09:01:25 | 显示全部楼层
给力!当年在学校也学了很多,现在基本上没有了!!

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发表于 2015-6-17 23:40:25 | 显示全部楼层
不错,谢谢。
关于50KHz的信号,选择1MHz的OpAmp,要求会不会有点高?
我的理解是OpAmp的Unity Gain Bandwidth要是信号频率的5倍以上。就是说,要超过250KHz。
当然,越大越好,1MHz相对于50Hz,感觉20倍的关系有点高。

还是这个电路针对音频信号?

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50KHz 要能够放大10倍,理论上需要500K的运放带宽,但是实际上 没有理想的运放。 你可以选700K上的 。我留的余量大些,这样响应特性能好点。  详情 回复 发表于 2015-6-18 06:26 PM
@1101210038  详情 回复 发表于 2015-6-18 09:08 AM

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发表于 2015-6-18 09:08:56 | 显示全部楼层
silentsnow 发表于 2015-6-17 23:40
不错,谢谢。
关于50KHz的信号,选择1MHz的OpAmp,要求会不会有点高?
我的理解是OpAmp的Unity Gain Band ...

@1101210038  
www.yanfa.tech 站长 ,交流微信QQ 276556668

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 楼主| 发表于 2015-6-18 18:26:03 | 显示全部楼层
silentsnow 发表于 2015-6-17 23:40
不错,谢谢。
关于50KHz的信号,选择1MHz的OpAmp,要求会不会有点高?
我的理解是OpAmp的Unity Gain Band ...

50KHz  要能够放大10倍,理论上需要500K的运放带宽,但是实际上   没有理想的运放。 你可以选700K上的  。我留的余量大些,这样响应特性能好点。  

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谢谢。  详情 回复 发表于 2015-6-21 07:59 AM

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发表于 2015-6-21 07:59:22 | 显示全部楼层
1101210038 发表于 2015-6-18 18:26
50KHz  要能够放大10倍,理论上需要500K的运放带宽,但是实际上   没有理想的运放。 你可以选700K上的   ...

谢谢。
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