EmmaChen

放大器知识经典问答,港真还能准确说出大部分概念的没几个吧?

EmmaChen 在 2018-2-9 建立的討論區
最後回覆由Neal_FS於2018-3-21提供

今天看到微信朋友圈有人转发这个经典问答,转出来,港真身边做设计的盆友没有几个还记得那些基础指标概念了,不信坛子里的盆友们自检自检。

 

1.什么是开环电压增益?

开环电压增益是指当放大器输入输出开路时既开环,放大器输出端的电压变化与输入端的电压变化之比。

 

2.什么是共模抑制比?

共模抑制比是指放大器对差分电压信号放大倍数与共模电压信号放大倍数之比,单位为分贝(dB)。

 

3.什么是输入电流噪声(in)?

输入电流噪声(InputCurrentNoise(in)):是和无噪声放大器的输入并联应用的等效电流噪声。

 

4.电压反馈放大器和电流反馈放大器之间有什么区别?

两种运放的内部电路是不同的,所以对于一个已给的配置,两种类型运放是没有必要去互换的。电压反馈的运放受制于内部设计,只有非常低的输入偏流,但内部没有限.制差分输入电压,仅仅当外部的反馈需要时才会做出限制。相反,对于电流反馈放大器,其差分输入电压受制于内部设计,但并没有限制它的输入偏流为低,所以仅仅当外部反馈需要时才会限制。尽管,大多数高校仍没有授关于电流反馈放大器的基础知识,但使用电流反馈放大器有许多优点,尤其在高速的应用中。

 

5.开环和闭环之间有什么差别?

“开环增益”实际上是没有反馈的运放的“内部”增益,通常取1,000到10,000,000之间的任意值。请看数据手册中的“开环增益”图;“闭环增益”是整个电路的增益,带有由用户选择适当的反馈电阻值选择的反馈,比如“增益为+10”“或"增益为-2”。

 

6.什么是输出电流?

输出电流是指运放的输出端得到的驱动负载的电流。它通常是一个功能:输入过驱动,输出电压和电源的相关性、温度。源极和漏极的特性会有所不同。

 

7.我选择了轨对轨(Rail-to-Rail)输入/输出(Input/Output)放大器,但是输出并不是一直是负轨,或一直是正轨。我做错了什么吗?

单词“轨对轨(Rail-to-Rail)”是易令人误解的。完全正确的应该是“几乎是轨对轨”或“非常接近轨对轨”。大多数R-R放大器任一电源轨上的输出电压为从20到200mv,几乎从未有过对轨的。当需要更多的负载电流时,输出要更远离电源电压轨。大多数放大器通过100k?或更大的负载提供最大输出电压摆动。在产品数据手册中电气特性表和特性曲线上,指定的输出电压波动都是期望值。此外,当通过放大器创建一个设计时,用户可以要求“轨对轨”输出放大器的性能。在选择表中列出的运放将能满足设计输出摆动的要求,被选择的参考表中“轨对轨”输出器件出现的频率最高。

 

8.什么是相位裕量?

相位裕量(PhaseMargin):在开环电路中,相同频率的输出和反相输入之间的相移。

 

9.什么是电压增益(A.V)?

电压增益(VoltageGain)是指输出电压的变化量和输入电压变化量的比值。

 

10.运算放大器的共模电压“和“输入电压范围”之间有什么不同?

这些词语尽管类似但并不意味着是完全一样的意思。“输入电压范围”是进入输入引脚可接受的电压范围。在数据手册中列出的“CMR”“CMVR;即“输入电压范围”。请看“什么是CMR”。“共模电压”是指一个电压同时应用到两个输入。记住运放是应该抑制共模电压的,仅仅是放大两个输入引脚的差。请看“什么是CMRR”。

 

11.什么是可编程增益缓冲器?

可编程增益缓冲器(ProgrammableGainBuffer)就是设置运放增益的电阻集成在模板上,通过简单的外部连接,可把增益设置为+1,+2,或-1。这些器件对最小化外围元器件的数量、最小化信号线的长度和简化设计都很理想。

 

12.什么是饱和电压(SaturationVoltage(VSAT))?

饱和电压(SaturationVoltage)是指晶体管在饱和条件下的集电极-发射极间的电压。在饱和状态下,发射极-基极和集电极-基极间都是正向偏置的,以致集电极-发射极之间的电压非常低,典型值是0.1-0.3V。这常涉及到集电极开路输出,该开路输出通过电阻上拉到一个正极电源电压。

 

13.什么是上升时间(tr)?

上升时间(RiseTime):指输出电压从它的最终值10%到它最终值90%变化阶段需要的时间。

 

14.什么是单位增益带宽?

单位增益带宽:放大器的开环增益等于1的频率。如果运算放大器频率响应有一个单极点roll-off,单位增益带宽等于GBW。

 

15.什么是比较器的选通“关断”电压(Strobe"OFF"Voltage)?

选通“关断”电压是指选通脉冲端的、并保证不干扰比较器工作的最小电压。

 

16.什么是输入电流(IBorIin)?

输入电流指标是指两个输入引脚的引入电流的平均值。输入电流通常也叫“偏置电流”。

 

17.放大器数据手册表给出了一个输入失调电压规格“1mV最大值”。这是+1mV最大值,还是-1mV最大值,还是在+/-0.5mv之间,或是在+/-1mv之间?

运算放大器给定的输入失调电压(Vos)规格是给定的一个量度。从任一输入引脚的角度看,失调电压可能是在+Vos和-Vos之间的任意值。在实际的应用中,补偿电压要和电路的非反相增益相乘,在运算放大器的输出得到一个补偿值。

 

18.什么是增益带宽(GWB)?

增益带宽(GainBandwidth):在开环增益倍乘以指定的频率要高于第一极点(pole)的频率。

 

19.什么是大信号电压增益(Av)?

大信号电压增益(Av):输出电压变化量和输入电压变化量的比率。这个参数通常指定在一个大的输出电压,小于最大的输出电压,即在直流(DC)条件下的典型值。

 

20.什么是失调电压温度系数(TCVos)?

失调电压温度系数(OffsetVoltageTemperatureCoefficient):在一个指定的温度范围内,因结温的变化,失调电压改变的平均率。

 

21.什么是比较器的输出高电压(VOH)?

输出高电压(OutputHighVoltage)是指比较器高的直流输出电压,产生高的需要的输出电流。这个规格通常与比较器的图腾柱或推挽输出相关。

 

22.什么是输出源电流(ISC+)?

输出电源电流(ISC+)是指由比较器推挽式输出状态产生的最大的输出正电流。

 

23.放大器的输出电流和短路电流两者之间有什么区别?

“短路”电流是指如果输出直接接到电源线上,器件产生的电流。这个表明输出级电流的限制,具体取决于器件的设计。然而,短路电流并不代表输出级驱动能力的真实输出。由于输出级的阻抗特性,最大的输出电流由输出电压在负载下的摆动来决定。负载越轻,输出的摆动越大;负载越重,输出的摆动越小。如果运放能够安全的驱动负载达到期望的电平,那么“输出和负载”或“Vout和Iout”的关系图在器件的用户手册中应该被讨论确定。不要忘了计算反馈电阻负载,当在高速和微功率电路中,反馈电阻的作用就很明显了。

 

24.什么是总谐波失真(THD)?

当一个纯正弦信号作为Vin(w)=Vpsin(wt)给运放输入时,输出将有谐波失真:Vout(w)a1Vpsin(wt)+a2Vpsin(wt)+...+anVpsin(nwt).THD表达式是:THD(%)=[sqrt(a2xa2+a3xa3+...+anxan)/a1]x100

 

25.什么是共模输入电阻?

共模输入电阻是指共模输入电压的变化量和反相端或同相端输入电流变化量的比值。

 

26.我怎么保护放大器输入,使其不高于或低于电源电压?

你必须做的是要么对器件的输入箝位,要么限制器件的输入电流,或者理想情况下,两者均做。最简单的方法就是选择一个限流电阻来限制这个电流。选择的依据是,在最大的输入电压下电路输入产生的电流要小于该输入引脚的最大电流额定值。通常情况下,在这个输入引脚上串联一个1K到100K的电阻就可以了。反相配置通常这样串联电阻,效果相当好。然而,由于信号通常直接接到非反相的输入引脚上,所以非反相放大器可能需要在这个引脚上接一个保护电阻。因为低阻抗电路不能包含一个大的电阻和一对接在负电源、输入和正电源之间的箝位二极管,所以通过接一个小的串联电阻来保护这个器件。对于高阻抗电路,可以采用一个大的电阻器和/或低漏电流二极管。

 

27.单电源放大器和双电源放大器之间有什么区别?

一般情况下,“单电源放大器”意思是放大器有一个共模输入范围,指的是V-(Gnd)。然而,既然放大器没有“地(GND)”的引脚,工作在单电源相对于工作在双电源或不连续电源下,放大器在实际电路、布局布线、本身的特性方面并没有区别。要在运算放大器数据手册中经仔细检查才可能发现唯一的不同之处。当运算放大器被指定为双电源供电时,通常输出负载的参考是相对于地的(GND),而单电源供电的运算放大器,通常输出负载的参考是单电源的中点电压。虽然运算放大器被指定为单电源供电时运算放大器通常操作在更低的电压,但这不是一项必要条件。因此,不管运算放大器由一个单5V电源和地(GND)供电,或从+2.5和-2.5V供电,对运算放大器来说,这些没有任何不同。所有运算放大器都关心那些相关的电压:各个电源的相对电压、相对输入和输出的电压。

 

28.什么是输出低电压(VOL)?

输出低电压(OutputLowVoltage)指的是低直流(DC)输出电压,输出驱动是低电压形成灌电流。这个规格通常与比较器的图腾柱或推挽输出有关。

 

29.我正在使用一个CMOS运算放大器作为输出驱动器。虽然电路工作良好,但是我注意到,如果我用一个长(1米)的屏蔽电缆,没有输入信号时运算放大器的振荡为1MHz左右。如果我缩短电缆至10厘米,振荡平稳。这是什么原因造成的呢?

有些运算放大器不适合直接驱动容性负载,比如长的屏蔽电缆,这就是一个容性负载。同轴电缆每米约有60-100pF电容。你可以尝试在运算放大器输出和电缆之间接50至500欧姆的电阻。CMOS运算放大器的数据手册中有一节就是关于如何对容性负载进行补偿的。

 

30.为什么有些放大器带容性负载时振荡?

运算放大器的输出阻抗和容性负载的电容可能形成一个阻容振荡。输出阻抗和容性负载在输出级形成一个R-C振荡,从而在反馈信号中就引起了附加的相位滞后。CMOS放大器有一个较高的输出阻抗这将会导致电极接近或低于该运算放大器的单位增益频率。电极的附加相位滞后会削弱运算放大器的相位裕度,放大器的总相位滞后引起单位增益频率的相角增加超过180度,在振荡器里这个结果会导致在单位增益中总的反馈相移超过180度。CMOS放大器的输出阻抗在100和500之间,引起的极点频率相对较低。同理,高速双极性运算放大器的输出阻抗在1到100的范围,造成的极点频率与CMOS运算放大器相比要高的多,从而使极点远离器件的单位增益频率。CMOS放大器对容性负载的驱动,可以通过在输出端放置输出电阻和外接“正反馈”电容器得到改善。CMOS运算放大器的数据手册中有一节就是关于如何进行容性负载补偿的。

 

31.什么是谐波失真?

谐波失真(HarmonicDistortion)是由于信号线路的非线性在放大器输出端产生的无用的杂散的信号。输入是正弦信号时,这些杂散的信号将以输入频率的整数倍出现(例如,二次谐波,三次谐波)。

 

32.什么是输出漏电流(ILEAKAGE)?

输出漏电流(ILEAKAGE),是电流进入比较器的输出端(输出驱动为高)。它常出现在集电极开路和漏极开路的输出端。

 

33.什么是电源抑制比(PSRR)?

电源抑制比(PowerSupplyRejectionRatio):输入失调电压的变化量和电源电压的变化量之比PSRR(dB)=20log10(DVOS/DVS)

 

34.什么是线性相位偏差?

线性相位偏差(LinearPhaseDeviation):在某一特定频段里,用来衡量运算放大器的闭环相位响应如何接近并跟随相位变化和频率的线性关系。

 

35.什么是-3db带宽(或小信号带宽,SSBW)?

-3db带宽(或小信号带宽,SSBW)是指在闭环放大器的小信号的输出幅度的值随频率降低到3分贝时的频率。

 

36.共模电压的范围(Vcm)是什么?

在输入端电压范围的典型值,决定了该放大器的性能。

 

37.放大器指定的电源范围是什么?

指定的电源范围是说明运算放大器工作时要求的电源电压。

 

38.什么是输出吸收电流(ISC-)?

输出吸收电流(ISC-)是指比较器的最高输出负电流。

 

39.什么是输出电压摆动(Vo)?

输出电压摆动(OutputVoltageSwing):是指在特定负载和电源电压下输出电压的最大峰峰值摆动。

 

40.双极性(LMxxxx)运算放大器的SPICE模型工作的很好,而CMOS型(LMCxxxx)运算放大器的SPICE模型不能运行。是不是需要设置SPICE的选项?

为了给模型输入适当的偏置电流,CMOS运算放大器SPICE模型需要把默认GMIN选项设置为最大的SPICE封装值。

 

41.什么是电流反馈?

电流反馈(CurrentFeedback)是一种用于电流反馈放大器的技术,它的输出信号反应的是电流输入到反相输入端的值(跨阻增益功能)。在某些方面,与传统的电压反馈相比,这种拓扑结构具有操作的优势。请看应用笔记"OA-30,电流反馈放大器和电压反馈放大器的比较。

 

42.什么是闭环缓冲器?

闭环缓冲器(ClosedLoopBuffer)就是一个高输入阻抗和低输出阻抗、并具有固定增益+1的放大器。它的典型应用是用于隔离、增加输出驱动、容性负载驱动等。不需要去设置增益电阻。

 

43.我的放大器设计在单5v电源可以正常工作,但是如果我试图把4V电压给输入端,输出将不会超出3.6V。这有什么不对呢?

在器件的数据手册中,查找规格标定的输入电压范围或输入共模电压范围。这个规格有放大器能够工作的接近上限或下限工作电压。大多数放大器当输入和电源轨电压只差1到2V时便不能工作。有些运算放大器只能工作在负电源轨,而不能工作在正电源轨。如果你需要输入非常接近[20mv至200mv以内]电压轨,选择一个轨对轨(Rail-to-Rail)输入放大器,或一个允许输入达到电源轨的放大器。如果输出也必须非常接近正的电源轨,选择一个轨对轨输入/输出(RRIO)放大器。

 

44.什么是闭环增益?

闭环增益是指经反馈的输出电压的变化量与反馈和输入网络增加后的输入电压变化量的比值。一般情况下,使用一个外部电阻设置这个参数。

 

45.“CMR”是什么的宿写?它是什么意思?

“CMR”是“CommonModeRange”(共模范围)的宿写。共模范围也被称为输入电压范围,是用来衡量运算放大器的输入引脚能够接受的输入电压范围。该规格通常是相对电源幅值的。以LM741为例,内部的电源轨比电源电压至少低3V才能确保接受输入电压。因此,对于一个+15v和-15v供电的双电源运放,它的输入引脚接受的电压是+12v到-12v,这是在这种情况下的共模范围。

 

46.GBW,单位增益带宽,增益带宽积和-3分贝频率,它们之间有什么区别?

许多运算放大器,频率在稳定时开环增益下降率是-20db/decade。在这个下降阶段的任何一点,增益和频率的积是个常数,这个常数称为增益带宽积或GBW。如果运算放大器单位增益运行已经稳定,那么单位增益带宽,或开环增益是1(增益1)时的频率通常和增益带宽的积相等。这里给出了当增益跨过0分贝时频率的“开环增益和相位”图。有些运算放大器没有稳定GBW,特别是那些没有稳定工作在单位增益的器件。GBW不等于(通常高于)单位增益带宽。-3分贝频率是衡量运算放大器工作在闭环时的带宽。-3分贝频率点,是整体的闭环系统的增益下降3分贝时的频率。闭环应用的单位增益频率,可以使用BW=GBW/Av计算。应用的-3分贝频率和单位增益带宽都取决于反馈增益设置,输出摆动,负载及电路布局。

 

47.什么是输出阻抗(Zo)?

输出阻抗(OutputImpedance):典型的理解是零输出阻抗的理想运算放大器串联输出阻抗,Zout,在交流(AC)的情况下测量出的近似的运算放大器的输出阻抗。

 

48.什么是瞬间响应?

瞬间响应(TransientResponse):在小信号的条件下放大器闭环系统的阶跃函数响应。通常小信号是指小于100mV。

 

49.什么是压摆率(SR)?

压摆率(SlewRate):当给一个跳变或方波输入时,放大器输出从一个电平跳到另一个电平的变化量。典型的值是根据总输出电压从10%变化到90%测量出来的值的平均率。

 

50.什么是响应时间(tr)?

响应时间(ResponseTime):当输入的阶跃函数使输出从初值到逻辑阈值电压时的时间间隔。

結果