运算放大器增益误差设计
您坐下来为您的电路选择合适的
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。一旦您确定下来这一点,您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:您应该避免使用相对您的应用而言速度过快的模拟器件。因此,您要尽量选择一种闭环带宽稍高于信号最大频率的放大器。
它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您的应用板带来灾难性的后果。在实验室中,您可能会发现当您将应用最大频率的输入正弦波信号置入系统时,您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。您放大器的转换速率等级超出所需。另外,您并没有驱动放大器输出至电源轨中。哪里出错了呢?
不要再反复检查您的电阻值了!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您需要了解一些事情。例如,您的信号最大带宽 (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,您想要容许多少增益
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;
图
1
该电压反馈放大器的开环增益和闭环增益具有
16 MHz
的增益带宽产品和
10 V/V
的电路噪声增益。
在我们的例子中,1 MHz频率下放大器的开环增益 (A
VOL-SBW) 等于
16 V/V。但是,没什么好抱怨的。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,如果您想要容许放大器
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:
在为您的电路选择放大器时,请使用该公式
获得一次过关。在您确定放大器的带宽以后,您便可以开始深入研究您应用的其它重要放大器特性,例如:电压补偿或噪声。
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