关于运算放大器增益误差设计的分析和介绍

在电路选择合适的运算放大器 (op amp) 时,首先要做的便是确定系统通过该放大器进行传输的信号带宽。一旦确定下来这一点,便可以开始寻找正确的放大器。来自高速设计专家的告诫是:应该避免使用相对应用而言速度过快的模拟器件。因此,要尽量选择一种闭环带宽稍高于信号最大频率的放大器。
听起来好像是一种较好的产品选择方案,但是这种设计方法将可能会给应用板带来灾难性的后果。在实验室中,可能会发现当将应用最大频率的输入正弦波信号置入系统时,放大器的输出信号并未穿过希望的全刻度模拟范围。信号增益远低于预期。放大器的转换速率等级超出所需。另外,并没有驱动放大器输出至电源轨中。哪里出错了呢?
不要再反复检查电阻值了!在增益单元中设计某个放大器时,为这项工作选择备选放大器时就需要了解一些事情。例如,信号最大带宽 (sbw) 是多少?放大器闭环噪声增益 (ng) 是多少,以及考虑中的放大器的增益带宽产品 (gbwp) 是什么?另外,想要容许多少增益误差?闭环噪声增益就是放大器增益,就像一个小电压源与运算放大器同相输入串联。
让我们通过例子来说明这个问题。例如,以1 mhz信号带宽 (sbw) 开始,图1所示放大器电路噪声增益(ng = 1 + 9r/r)为10v/v。图1还显示了具有相对于该电路刚好足够带宽的放大器的开环频率响应;或者认为合适的开环频率响应。放大器gbwp为16 mhz。
图1:该电压反馈放大器的开环增益和闭环增益具有16mhz的增益带宽产品和10 v/v 的电路噪声增益。
由图1所示可知,像它这样的运算放大器可以支持1 mhz 频率10 v/v (20 db) 的增益,但我们需要进一步研究。sbw 开环增益曲线的增益为:
在我们的例子中,1 mhz频率下放大器的开环增益 (avol-sbw) 等于16 v/v。该电路的闭环增益误差等于ng/(aol-sbw + ng)。在我们的例子中,1 mhz 闭环增益误差等于0.385,即38.5% 的增益误差!
就该电路而言,如果想要容许放大器0.05 的增益误差,同时您知道因产品和温度的不同,放大器的gbwp会改变 30% 最大值,则您需要一个具有247 mhz gbwp 的放大器。产品选择部分的指导公式如下:
在为电路选择放大器时,请使用该公式获得一次过关。在确定放大器的带宽以后,便可以开始深入研究您应用的其它重要放大器特性。

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