4.2.4零漂移放大器与电流反馈放大器

实际运算放大器（四）

包括4.2.4，4.2.5两节

失调电压与零漂移放大器

位于4.2.4节

那么上一节提到了输入失调电压参数

Bipolar 运放是优于 FET 运放的

那我们这一节解释一下这个参数的意义

如果我们将运放的输入端都短接

理论上它的输出应该是零

但是呢我们用直流分析计算节点电压发现

输出电压现在是 3.92V

这个值实际上已经是饱和了

它不是轨至轨运放

5V 供电，它最多就能输出 4V 左右

那么我们引入一个可调电池 Voffset

我们逐渐去调节输入端的电压

那么当我达到 VOFFSET 的时候

输出刚好为零

那么这个 VOFFSET 就叫做输入失调电压

我们直接查看 LM324 的器件宏文件

打开以后呢我们可以发现

找到它的输入失调电压是 2mV

那么可以仿真出输入失调电压

我们对 VOFFSET 这个电池

进行直流参数扫描

起始值 1mV

终止值 3mV

那么我们就可以得出

扫描以后发现输出电压在 2V 的时候

2mV 的时候

它有一个输出电压会过零

这就是它的输入失调电压

虽然我们已经定义好了输入失调电压

但是呢我们还是不明白这个参数呢

好坏到底意味着什么

对什么电路有影响

我们建立这么一个仿真电路

来理解失调电压在电路中的意义

两个运放呢都接成了1001倍放大

放大比非常大

我们呢信号源都相同

实际给的是 1mV 的阶跃信号

所以按理说呢

输出电压应该是大概是 1V 的直流电压

那么之所以选择千倍的放大倍数

原因就在于

输入失调电压实际上相当于输入信号一个误差电压

我们放大倍数越大越能把这个误差电压放大到输出

来观测它对电路整个的影响

那么 OPA659 是高速FET运放

而 LMP2021 是零漂移精密放大器

我们在器件选型中将失调电压设为小于 0.005mV

非常好的一个参数

那我们就可以找到2021

我们仿真的结果发现

输入 1mV

理论输出就应该是 1V

那么2021非常完美

输出是 1V

而 OPA659 它输出就不是 1V，有偏离

这就是零漂移放大器优于普通放大器的地方

那么另外我们可以看到呢

659它是高速运放

所以它的压摆率高

它的响应是非常迅速的

2021它属于精密放大器

它的带宽不够宽

所以它是缓慢上升的

这都是符合它们各自的性能参数的

那么对于普通放大器来说呢

也可以外接调零电路来补偿这个漂移

而零漂移放大器就2021这样的

它是内部采用自校准电路来实现这一功能

那么零漂移不仅仅指的是输入失调电压小

同时它的温漂也非常小

电流反馈运算放大器

位于4.2.5节

我们到目前为止

本教程所讲述的各种运算放大器

它的包括内部构造原理

指的都是电压反馈型运算放大器

简称 VFB

那么实际上还有一大类特殊构造的电流反馈型运算放大器

简称 CFB

它们在原理上呢不受增益带宽积的限制

最关键的区别就是

它不会说增益越高，带宽越窄

是专门用于高速放大的场合

那么查看放大器的构架

只有高速放大器里面你才可以看到

CFB 的构架

我们在通用放大器、精密放大器

这都是低速放大器里面

都没有这种构架

那么相比于 VFB

CFB 的使用有一些特殊事项

我们当结论把它记下来

那么首先

电流反馈运算放大器的管脚名称、基本运算放大公式

和电压反馈型都是一样的

那么特殊地方在于

CFB 它的输入管脚是不对称的

输入阻抗不等

它的反向输入端输入阻抗低

所以呢我们在设计电路中没有必要去匹配两个的

所以呢我们在设计电路中没有必要去匹配两个的

阻抗往外看是不是匹配的

那么第二

反馈电容 CF

是不允许存在的

它在电流反馈运算放大器中会造成振荡

所以 CFB 它不能做积分器

也不能通过并联一个小的补偿电容来消除振荡

那么 CFB 的性能和稳定性与反馈电阻密切相关

我们取值呢尽量参考芯片说明书给的取值

对应的增益

对应的 RF 取值

或者呢我们参考

设计范例

它里面的 RF 是多少

减小 RF 可以获得更大的带宽

但是 RF 过小会引发振荡

所以呢 CFB 也不能用作缓冲器

用作缓冲器用途的时候

这个实际上 RF = 0

本课小结

失调电压的定义

我短接运放的输入端

输出肯定不是零

那么我给运放的输入端给一个非常小的可调电压

我把它调到输出为零的时候

输入电压的值就叫做

输入失调电压

通过直流参数扫描

扫一下我就知道在什么位置

是它的输入失调电压

那么失调电压的运放的影响在哪呢

就在于当我是高倍数放大的时候

高倍数放大意味着把你开始不起眼的

一毫伏、零点几毫伏的输入失调电压放大

作为误差放大给输出级

所以这时候呢失调电压影响特别大

反之，如果你的有用信号非常大

输入失调电压可以忽略

你放大倍数不高

这个性能就不会受什么影响

那么可以看到

在这种应用中我们得选择

零漂移放大器

也就是输入失调电压极小

到零点零零零几毫伏这种

精密放大器

那么它在高放大倍数上

精确

而不能去选择

这种高速运放

但是呢输入失调电压非常大的

电流反馈运算放大器

那么 CFB 呢和 VFB 它的管脚名称一致

基本使用方法也是一样的，计算方法也是一样的

那么它的几个注意事项是

它输入阻抗，反向输入组抗非常小

数入组两个端不对称

它呢不允许存在

反馈电容

会振荡

RF 的取值

这里标的 R3 的取值

尽量按照芯片说明书给的范例

不要自己去发明

好，这一次到这里

实际运算放大器（四）

包括4.2.4，4.2.5两节

失调电压与零漂移放大器

位于4.2.4节

那么上一节提到了输入失调电压参数

Bipolar 运放是优于 FET 运放的

那我们这一节解释一下这个参数的意义

如果我们将运放的输入端都短接

理论上它的输出应该是零

但是呢我们用直流分析计算节点电压发现

输出电压现在是 3.92V

这个值实际上已经是饱和了

它不是轨至轨运放

5V 供电，它最多就能输出 4V 左右

那么我们引入一个可调电池 Voffset

我们逐渐去调节输入端的电压

那么当我达到 VOFFSET 的时候

输出刚好为零

那么这个 VOFFSET 就叫做输入失调电压

我们直接查看 LM324 的器件宏文件

打开以后呢我们可以发现

找到它的输入失调电压是 2mV

那么可以仿真出输入失调电压

我们对 VOFFSET 这个电池

进行直流参数扫描

起始值 1mV

终止值 3mV

那么我们就可以得出

扫描以后发现输出电压在 2V 的时候

2mV 的时候

它有一个输出电压会过零

这就是它的输入失调电压

虽然我们已经定义好了输入失调电压

但是呢我们还是不明白这个参数呢

好坏到底意味着什么

对什么电路有影响

我们建立这么一个仿真电路

来理解失调电压在电路中的意义

两个运放呢都接成了1001倍放大

放大比非常大

我们呢信号源都相同

实际给的是 1mV 的阶跃信号

所以按理说呢

输出电压应该是大概是 1V 的直流电压

那么之所以选择千倍的放大倍数

原因就在于

输入失调电压实际上相当于输入信号一个误差电压

我们放大倍数越大越能把这个误差电压放大到输出

来观测它对电路整个的影响

那么 OPA659 是高速FET运放

而 LMP2021 是零漂移精密放大器

我们在器件选型中将失调电压设为小于 0.005mV

非常好的一个参数

那我们就可以找到2021

我们仿真的结果发现

输入 1mV

理论输出就应该是 1V

那么2021非常完美

输出是 1V

而 OPA659 它输出就不是 1V，有偏离

这就是零漂移放大器优于普通放大器的地方

那么另外我们可以看到呢

659它是高速运放

所以它的压摆率高

它的响应是非常迅速的

2021它属于精密放大器

它的带宽不够宽

所以它是缓慢上升的

这都是符合它们各自的性能参数的

那么对于普通放大器来说呢

也可以外接调零电路来补偿这个漂移

而零漂移放大器就2021这样的

它是内部采用自校准电路来实现这一功能

那么零漂移不仅仅指的是输入失调电压小

同时它的温漂也非常小

电流反馈运算放大器

位于4.2.5节

我们到目前为止

本教程所讲述的各种运算放大器

它的包括内部构造原理

指的都是电压反馈型运算放大器

简称 VFB

那么实际上还有一大类特殊构造的电流反馈型运算放大器

简称 CFB

它们在原理上呢不受增益带宽积的限制

最关键的区别就是

它不会说增益越高，带宽越窄

是专门用于高速放大的场合

那么查看放大器的构架

只有高速放大器里面你才可以看到

CFB 的构架

我们在通用放大器、精密放大器

这都是低速放大器里面

都没有这种构架

那么相比于 VFB

CFB 的使用有一些特殊事项

我们当结论把它记下来

那么首先

电流反馈运算放大器的管脚名称、基本运算放大公式

和电压反馈型都是一样的

那么特殊地方在于

CFB 它的输入管脚是不对称的

输入阻抗不等

它的反向输入端输入阻抗低

所以呢我们在设计电路中没有必要去匹配两个的

所以呢我们在设计电路中没有必要去匹配两个的

阻抗往外看是不是匹配的

那么第二

反馈电容 CF

是不允许存在的

它在电流反馈运算放大器中会造成振荡

所以 CFB 它不能做积分器

也不能通过并联一个小的补偿电容来消除振荡

那么 CFB 的性能和稳定性与反馈电阻密切相关

我们取值呢尽量参考芯片说明书给的取值

对应的增益

对应的 RF 取值

或者呢我们参考

设计范例

它里面的 RF 是多少

减小 RF 可以获得更大的带宽

但是 RF 过小会引发振荡

所以呢 CFB 也不能用作缓冲器

用作缓冲器用途的时候

这个实际上 RF = 0

本课小结

失调电压的定义

我短接运放的输入端

输出肯定不是零

那么我给运放的输入端给一个非常小的可调电压

我把它调到输出为零的时候

输入电压的值就叫做

输入失调电压

通过直流参数扫描

扫一下我就知道在什么位置

是它的输入失调电压

那么失调电压的运放的影响在哪呢

就在于当我是高倍数放大的时候

高倍数放大意味着把你开始不起眼的

一毫伏、零点几毫伏的输入失调电压放大

作为误差放大给输出级

所以这时候呢失调电压影响特别大

反之，如果你的有用信号非常大

输入失调电压可以忽略

你放大倍数不高

这个性能就不会受什么影响

那么可以看到

在这种应用中我们得选择

零漂移放大器

也就是输入失调电压极小

到零点零零零几毫伏这种

精密放大器

那么它在高放大倍数上

精确

而不能去选择

这种高速运放

但是呢输入失调电压非常大的

电流反馈运算放大器

那么 CFB 呢和 VFB 它的管脚名称一致

基本使用方法也是一样的，计算方法也是一样的

那么它的几个注意事项是

它输入阻抗，反向输入组抗非常小

数入组两个端不对称

它呢不允许存在

反馈电容

会振荡

RF 的取值

这里标的 R3 的取值

尽量按照芯片说明书给的范例

不要自己去发明

好，这一次到这里