運算放大器之開環(huán)增益

作者：時間：2013-11-05 來源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

宋體, arial; WHITE-SPACE: normal; ORPHANS: 2; LETTER-SPACING: normal; COLOR: rgb(0,0,0); WORD-SPACING: 0px; PADDING-TOP: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">　　下圖1中，第一個示例中噪聲增益為1000，可以看出，開環(huán)增益為200萬時，閉環(huán)增益誤差約為0.05%。注意，若溫度、輸出負(fù)載和電壓變化時開環(huán)增益保持不變，0.05%的增益誤差很容易通過校準(zhǔn)從測量結(jié)果中去除，這樣就不存在整體系統(tǒng)增益誤差。但是，若開環(huán)增益改變，由此產(chǎn)生的閉環(huán)增益也會改變。這就導(dǎo)致了增益不確定性。在第二個示例中，AVOL減少至30萬，產(chǎn)生的增益誤差為0.33%。這種情況會使閉環(huán)增益中產(chǎn)生0.28%的增益不確定性。大多數(shù)應(yīng)用中，使用良好的放大器時，電路的增益電阻是絕對增益誤差的最大來源，但是應(yīng)注意，增益不確定性不能通過校準(zhǔn)去除。

　　圖1：開環(huán)增益變化導(dǎo)致閉環(huán)增益不確定性

　　輸出電平和輸出負(fù)載的變化是導(dǎo)致運算 放大器開環(huán)增益變化的最常見原因。開環(huán)增益中信號電平的變化會導(dǎo)致閉環(huán)增益?zhèn)鬟f函數(shù)的非線性，也無法在系統(tǒng)校準(zhǔn)過程中去除。大多數(shù)運算 放大器都有固定負(fù)載，因此負(fù)載的AVOL變化一般不重要。但是，AVOL對輸出信號電平的靈敏度在負(fù)載電流較高時可能會上升。

　　非線性的嚴(yán)重程度在不同類型的器件中變化很大，數(shù)據(jù)手冊中一般不會明確規(guī)定。但是通常會規(guī)定最小AVOL，選擇高AVOL的運算放大器可以將增益非線性誤差的發(fā)生概率降至最低。增益非線性的來源有很多，具體取決于運算放大器的設(shè)計。其中一個常見來源是熱反饋(例如從熱輸出級反饋至輸入級)。如果溫度變化是非線性誤差的唯一原因，減小輸出負(fù)載可能會有所幫助。為了驗證這一點，需要在空載條件下測量非線性，然后與負(fù)載條件下進(jìn)行比較。

下圖2所示為測量直流開環(huán)增益非線性的示波器X-Y顯示測試電路。前文討論的與失調(diào)電壓測試電路相關(guān)的防范措施在該電路中也應(yīng)注意。放大器的信號增益設(shè)置為–1。開環(huán)增益定義為輸出電壓的變化除以輸入失調(diào)電壓的變化。但是，AVOL值較大時，實際失調(diào)電壓在整個輸出電壓擺幅內(nèi)可能只改變幾微伏。因此，采用10Ω電阻和RG(1 MΩ)組成的除法器時，節(jié)點電壓VY按以下公式計算：

　　選擇RG值是為了使VY獲得可測量的電壓，具體取決于VOS的預(yù)期值。

　　圖2：測量開環(huán)增益非線性的電路

　　±10 V斜波發(fā)生器輸出乘以–1的信號增益后，會使得運算放大器輸出電壓VX在+10 V到–10 V之間擺動。因為失調(diào)電壓添加了增益系數(shù)，所以需要增加失調(diào)調(diào)整電位計，將初始輸出失調(diào)設(shè)置為零。選擇的電阻值可以抵消高達(dá)±10 mV的輸入失調(diào)電壓。電位計的每一端都應(yīng)采用穩(wěn)定的10 V基準(zhǔn)電壓源(如AD688)，以防止輸出漂移。還應(yīng)注意，由于開環(huán)增益的轉(zhuǎn)折頻率較低，斜坡發(fā)生器頻率必須很低，可能不超過1Hz的幾分之一(例如，OP177為0.1Hz)。

　　圖2右側(cè)的坐標(biāo)圖所示為VY與VX的關(guān)系圖。如果不存在增益非線性，則圖中所示應(yīng)為斜率不變的直線，AVOL按以下公式計算：