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怎么理解运放的轨至轨特性

如何理解运放的轨至轨特性-前级采样电阻上的采样电压 VI_AMP_IN 经 U6 的跟随作用 VI_AMP_OUT 送至 ADC 进行A/D 转换, U6 在此处的作用:减轻“负载效应”提高采集精度。

跟从器电路

怎么理解运放的轨至轨特性

前级采样电阻上的采样电压 VI_AMP_IN 经 U6 的跟从效果 VI_AMP_OUT 送至 ADC 进行A/D 转化, U6 在此处的效果:减轻“负载效应”进步收集精度。D3,D4 为运放的输入维护二极管,当输入反常电压比电源电压还要高 VF(二极管正导游通压降)或许比地电位低 VF时,二极管将会导通钳位。

1 LMV831 的首要特性 其一,该运放输入差错电压 VOS最大为 1mV,有利于进步全体精度; 其二,由于选用 CMOS 工艺,输入偏置电流低至 0.1pA,故不需求在消除偏置电压上花费额定精力; 其三,输出驱动电流到达 30mA,很合适与 ADC 合作运用; 其四,该运放在 1.8GHz 的频率下 EMIRR 高达 120dB,这一特性有利于反抗板上射频模块的搅扰; 其五,轨至轨输出,在单电源供电条件下十分重要。

2 输出特性

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从上表能够看出负载越重,运放输越轨至轨特性越差,但由于本次事例运放后级是衔接低速 ADC,因而负载很轻,取表中的 6mV(VOH)和 5mV(VOL)作为典型值即可。

单电源供电条件下,会将负载电阻 RL接至 V+/2,实则是以 V+/2 作为虚拟地。

3 仿真验证树立仿真电路如下:

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如 Figure 1-2 所示,将 LMV831 搭成扩展倍数为 2 的同相扩展器,一起输入幅值为 5V,频率为 10Hz 的三角波(为了能让输出饱满),仿真结果如 Figure 1-3 所示, 明显,输出起伏十分挨近 LMV831 的供电电压 4.5V,量得幅值为 4.49V(梯形波形的渠道部分),波形下端也挨近 0V,然后证明了该运放的轨至轨输出特性。

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4 轨到轨,还有细节需求留心:

ADC 的可接受电压规模为 0~4.096V,而现在 LMV831 搭成的跟从器能够支撑 0~4.49V 的输出,好像万事俱备,若前级采样电压也是 0~4.096V 规模(即运放输入电压),整个电路可谓完美!但是,直觉告诉我,工作必定没这么简略。我忽然想起最初选型时,TI 的运放挑选条件下,有一个 Rail-to-Rail选项:

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这个选项从左到右别离为:输入轨至轨,输越轨至轨,输入到正轨,输入到负轨——等等,那么 LMV831 是否支撑轨至轨输入?我满怀等待,但是惋惜的是,LMV831 数据手册并未提及输入是否也是轨至轨,进一步查阅发现该运放在 3.3V 供电时,共模输入规模为-0.1V~2.1V!也就是说3.3V供电的时分,LMV831 是不支撑轨至轨输入的!

5 输入特性运放的共模输入规模与供电电压亲近有关,电压越高,输入规模越大。为了验证 4.5V 供电电压下的最高不失真输入电压,搭建了 Figure 1-4 所示的仿真电路。

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对该电路履行“参数仿真”,别离测验供电电压为 3.3V、3.9V、4.5V 下的输出电压,如 Figure 1-5 所示,三角波为输入波形,3 个相似等腰梯形的波形为运放输出,其间,暗黄色为 4.5V 供电电压时的输出,绿色对应 3.9V 供电电压,紫色对应 3.3V 供电电压,清楚明了:榜首,LMV831 并非轨至轨输入;第二,该运放的共模输入规模随供电电压的进步而扩展,在 4.5V 供电电压下跟从器(增益为 1)最大输出电压约为 3.39V,也即最大输入电压为 3.39V。简言之,4.5V 供电电压下,LMV831 的最大共模输入电压(不失真)为 3.39V。

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在得知这个本相之后,一方面将运放的供电电压从 3.3V 进步到 4.5V,进步输出的规模,另一方面将采样电阻值改小,然后让最大采样电压小于 3.39V,然后规避了改板的危险!

6 实践验证明际产品中用了 91:34 的电阻对输入 0~10V 进行分压,分压再经电压跟从器送至 ADC 进行 A/D 转化,别离丈量电阻采样电压、运放输入端电压、运放输出端电压、A/D 转化电压,绘出 Figure 1-6。

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留心表格 1-2 的数据,跟着运放输入电压缓慢挨近“阈值”,传递差错急剧添加,当输入电压为 3.9954V 时,运放干脆饱满输出 4.5460V!经过制作图表 Figure 1-6 能够很明显观察到这个现象,然后证明了猜测。实践上我的意图也到达了,由于我只需求 0~12V 外部输入时线性度满意 0.2% F.S 就足够了。

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