初级模拟电路:9-3 运放的其他参数

时间:2021-03-15 17:34:00 来源:互联网 作者: 神秘的大神 字体:

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      除了共模放大系数以外,实际的运放还有很多非理想参数,这个小节我们介绍一些比较重要的运放非理想参数,这些非理想参数对运放电路是否能正确工作影响很大。在设计电路时,必须考虑这些非理想参数的影响。

 

 

1. 输入失调电压

      当运放的两个输入端子都接地时(即0V),不管差模放大还是共模放大,都不应该产生放大输出,运放的输出端子理应输出0V。但是实际上,非理想运放由于内部结构的不平衡性,会在输出端产生一个微小的电压输出。

      为了使运放真正输出0V,我们可以保持反相输入端接0V不变,在运放的同相输入端施加一个可调的微小电压,慢慢调节直到输出电压变为0V。此时在同相输入端施加的电压的负值,即为输入失调电压(input offset voltage),记为:Vos。这个输入失调电压可等效看作在一个理想的运放的同相输入端内部串接了一个大小为Vos的电压源,如下图所示:

图9-03.01 

      这个Vos参数一般在运放的数据规格书上都会给出,它说明了其对开环增益的影响。在运放的应用电路中,这个参数也会对闭环电路的最终的输出信号产生影响,对于不同的放大电路其影响不尽相同,每个电路需要具体分析。现在我们以最简单的同相放大器为例,来展示如何分析这个Vos参数对电路输出的影响,下图是已考虑输入失调电压影响的等效电路图,设图中实际运放的开环增益为AOL

图9-03.02 

      对于实际的运放,其同相输入端和反相输入端不再虚短,而是有一个非常微小的值,这个值乘以开环增益AOL,即为运放的输出电压:

      当输入电压Vi为0时,上图中运放的同相输入端和反相输入端的电压分别为:

      将上三式归并整理可得输出电压Vo的表达式为:

      若忽略分母中的1,上式可近似为:

      可见,在同相放大电路中,输入失调电压对运放电路输出的实际影响即为:输入失调电压VOS乘以理想的同相放大电路的闭环增益(1+Rf/R1)。

 

 

2. 输入失调电流与偏置电流

      由于运放内部结构的非理想性,运放的两个输入端也不能做到真正的输入电阻为无穷大,而是会有微弱的电流流入两个输入端。而且由于运放内部结构的不平衡性,这两个输入端流入的电流还不一致,如下图所示:

图9-03.03 

      这两个电流的差值,定义为:输入失调电流(input offset current),记为:IOS

      而这两个电流的平均值,定义为:输入偏置电流(input bias current),记为:IIB

      下面我们仍以同相放大电路为例,说明这两个非理想电流参数对运放电路的影响。下图中,流入运放两个输入端的电流分别为IIB1和IIB2,设它们对输出电压的影响分别为Vo1和Vo2,它们对输出电压的总影响即为Vo1和Vo2的总和。下面我们分别进行分析:

图9-03.04 

 

● IIB2的影响:

      先看IIB2,由于IIB2的存在,使V2点的电压略微低于0V,输出电压Vo2为:

      然后我们分别写出R1和Rf上通过的电流表达式,并把它们与IIB2建立关系:

      将上面方程组的前两式相加,可得到VO2与IIB2的关系:

      再把上面Vo和V2的关系式代入上式,可消去V2,得:

      由于AOL是一个很大的数字,故可将上式括号中的前项近似视为0,因此最终得到:

      这个就是输入失调电流IIB2对输出电压的影响。

 

● IIB1的影响:

      在上图中,乍看之下,似乎IIB1对同相输入端的电压没有什么影响。其实不然,因为同相输入端总会要接信号源,而信号源必定有内阻,因此IIB1会通过信号源的内阻对同相输入端的电压产生影响,如下图所示:

图9-03.05 

      当输入信号源电压Vs为0时,IIB1会因流过Rs,进而拉低同相输入端的电压V1

      然后这个电压通过同相放大器放大,即为它对输出电压产生的影响Vo2

      一般在运放的数据手册中,不会分别给出具体的IIB1和IIB2,但它们可以通过输入失调电流参数IOS和输入偏置电流IIB,来算得一个大致的估计值:

     

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