集成运算放大器主要参数及抱负模型剖析详解

集成运算扩大器首要参数及抱负模型剖析详解

正确运用集成运算扩大器有必要了解影响其作业功能的首要参数，其间输入差错信号是影响运放作业功能的重要参数之一。本文首要研讨引起集成运放输入差错信号的首要参数及减小其影响的办法。
关键词：集成运放 输入差错信号 输入失调电压 输入偏置电流 输入失调电流　
　
1　集成运算扩大器
　　集成运算扩大器简称“集成运放”或“运放”，它实践上是一个直接耦合的高增益多级扩大器。从原理上讲，它与一般的扩大器没有多大差异，两者都用于电压扩大或功率扩大。但一般扩大器的功能是由其内部电路所决议的，而集成运放的功能和作业方式首要由外部反应电路决议。为完成这一点，集成运放总是以直接耦合扩大器的方式呈现，具有很高的电压增益、输入电阻和很低的输出电阻。由于这种扩大器曾经只在模仿核算机中用于比如加、减法和微、积分之类的数学运算，故得名为“运算扩大器”。
　 市场上见到的集成运放都是以单块集成电路的方式呈现的，其类型和封装方式多种多样，功能也各不相同，一般有以下两种分类办法：
　（1）从运算扩大器的功能和用途上能够分为通用型和专用型两种。两者的首要差异是专用型运算扩大器在功能上或至少在某个功能上具有特殊性，它的某项功能指标往往比通用型运算扩大器高出几个数量级。其生产工艺也与通用型不同。
（2）从按捺漂移所采纳的手法上可分为以电路参数彼此补偿的原理来按捺漂移的“参数补偿式集成运算扩大器”和以斩波稳零原理来按捺漂移的“斩波稳零集成运算扩大器”。
2　运算扩大器的电路符号和抱负模型
　 大大都集成运放都是双端输入和单端输出的高增益扩大器。它的引出端子中，除了两个输入端和一个输出端外，还有两个电源引进端、调零端，还有相位补偿端和其它一些端子。在剖析运用电路时，常用带两个输入端和一个输出端的三角符号来代表运算扩大器，如图1所示。

在图1的运放电路符号中，符号“＋”表明运算扩大器的同相输入端，符号“－”表明反相输入端。当运放作业在线性状况时，总是满意：　　

其间Aνd为运算扩大器的开环差动电压扩大倍数。　　
为便于剖析运算扩大器电路，常把运放用一个等效的电路模型来替代。而依据不同的剖析要求，运放的模型又分为抱负模型和实践模型。
　 所谓运算扩大器的抱负模型，便是把实践的运算扩大器的各项功能参数进行抱负化后得到的运算扩大器。其首要参数为：
差模电压增益Aνd＝∞（1）
共模电压增益Aνc＝0 （2）
差模输入电阻Rid＝∞（3）
共模输入电阻Ric＝∞（4）　
　输出电阻r0＝0 （5）
别的，还有失调及漂移为0，带宽为∞，噪声为0等。
　　在实践运用中，大都运算扩大器运用深度负反应。在这种条件下，运放将满意输入端“虚短”（ν＋＝ν－）和“虚开”（ii＝0）。
3　一种非抱负运放模型
　 实践的运放对错抱负的。运放的输入大多是差分扩大器结构。抱负情况下，当两个输入端接地时，输出电平应为零。而实践运放的输出电平总是违背零值。输入差错信号便是点评这种偏差值的参数，在输入端往往将其折合到输入端来表明。
　 归于这类功能的参数有：输入失调电压VIO，输入失调电压温漂αVIO，输入偏置电流IIB，输入失调电流IIO，输入失调电流温漂αIIO等。
（1）输入失调电压
　 输入失调电压的界说是：在室温文标称电源电压下，为使运放输出电压为零而在输入端之间所加的补偿电压。
VIO是由于构成输入端差分扩大器两个晶体管的Is不等引起的，抵消这一电压有必要在输入端加一个与之反相的电压。VIO的数量级在1μv～20mv之间。
（2）输入失调电压温漂αVIO
　 输入失调电压温漂是在必定温度范围内失调电压VIO的改变量与温度T的改变量之比（ΔVIO ／Δ T），一般运放的αVIO约为几十μv／℃，但对低漂移运放，该值往往小于1μv／℃，有的乃至小于0．1μv／℃。
（3）输入偏置电流IIB
输入偏置电流IIB是输入端不加信号时流入两输入端的均匀电流，即：,它的巨细首要取决于运放差分输入级晶体管的β的巨细。假如β过小将使IIB增大。一般IIB的数值在1nA～1mA之间，可见运放的作业点对错常低的，这也决议了运放的输入阻抗很高。IIB的存在将使得在运放输入端的电阻上及信号源的内阻上发生共模输入电压。
（4）输入失调电流IIO及其温漂αIIo
　 输入失调电流IIO是输入端不加信号时流入两输入端的电流之差，即：IIO＝IB1－IB2，它是由于运放差分输入级晶体管的β不等引起的。它的存在将使得在运放输入端的电阻上及信号源的内阻上发生差模输入电压。
　 一般来说，运放的IIB越大，IIO也越大，IIO随温度的改变而改变，常把指定温度范围内IIO随温度的改变率称为输入失调电流温漂αVIO，即：
　　 αIIo＝ΔIIO／ΔT
该值越小越好，一般的数量级为几pA／℃。
考虑了会引起输入差错信号的各种参数后，将得到如下的非抱负运放模型：

在核算非抱负情况下各参数对运放的影响时，最好是使用线性迭加原理，别离核算。一个非抱负运放构成反相扩大器如图3，假如Rp＝R1//Rf，其输入端能够等效为图4方式。


假如要求对Vi的测量差错为δ%，则运放的参数应满意下式：

其间VIM是Vi的最大值。
　 从（6）式左面能够看出VIO的影响与外部电路无关，而IIO及IIB的影响则与外部电路有关，RP越大，则其影响越大，而RP＝R1／／Rf，可见在扩大倍数确认的情况下，电阻R1和RP不能选得太大，但也不能太小，由于R1是扩大器的输入阻抗，一般选几十kΩ。别的IIB的影响还与KCMR有关，KCMR越大，其影响越小。
这里是假定运放输入端电阻平衡，即RP＝R1／／Rf，但假如两者不等，则将发生新的差模电压：

以上介绍的一切参数将使输出电压发生偏移电压，该电压能够经过外部调零的办法加以抵消，但该电压易受温度改变发生漂移，而这种漂移电压不能经过外部调零加以抵消。因而，要想使扩大器的偏移电压和漂移电压小，就应当选用低失调低漂移的运算扩大器。
4　结束语
　 实践的运放对错抱负的，它的输出电压将遭到输入差错信号的影响，针对发生零漂的各种参数，有必要采纳相应的办法，或挑选适宜的运放以消除或减小其影响。