解析電壓反饋運(yùn)算放大器
發(fā)布時(shí)間:2019-11-13 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】工程師最常向我提的一個(gè)請(qǐng)求是對(duì)電壓反饋運(yùn)算放大器和電流反饋運(yùn)算放大器進(jìn)行比較。但如果不弄清每種運(yùn)算放大器如何工作,是不可能確定某種應(yīng)用應(yīng)該選擇哪種運(yùn)放的。 這里我來介紹一下電壓反饋運(yùn)算放大器。
工程師最常向我提的一個(gè)請(qǐng)求是對(duì)電壓反饋運(yùn)算放大器和電流反饋運(yùn)算放大器進(jìn)行比較。但如果不弄清每種運(yùn)算放大器如何工作,是不可能確定某種應(yīng)用應(yīng)該選擇哪種運(yùn)放的。 這里我來介紹一下電壓反饋運(yùn)算放大器(圖1)。
圖1:電壓反饋運(yùn)算放大器使用長尾對(duì)來獲得高精度和共模抑制(CMR)。
精度和CMR是電壓反饋運(yùn)算放大器的優(yōu)勢,與電流反饋運(yùn)算放大器相比,其壓擺率和頻率特性較差。
在圖1中,長尾對(duì)Q1-Q2和電流源I構(gòu)成了電壓反饋運(yùn)算放大器的輸入級(jí)。當(dāng)基極電壓相等時(shí),Q1和Q2的完美匹配會(huì)使集電極電流相等。Q1和Q2的完美匹配還有另一個(gè)好處,就是Q1的基極接地可有效地將Q2的基極接地,因?yàn)殡妷航迪嗟取?半導(dǎo)體工藝會(huì)盡量匹配這兩個(gè)輸入晶體管。如果沒有配平,制造商會(huì)用其它方法使這兩個(gè)晶體管看起來匹配,例如調(diào)整沉積電阻或熔斷連接。
將IN–連接至IN+可消除輸入差分電壓。因此,輸入電壓變?yōu)楣材!?將共模輸入電壓調(diào)高或調(diào)低1V不會(huì)改變Q1和Q2的集電極電流,因此電路會(huì)抑制共模電壓。只要不違反集電極或發(fā)射極電流源的要求,就可以完成共模電壓抑制。
將Q1和Q2匹配可確?;鶚O-發(fā)射極電壓和電流增益β相等。相等的基極-發(fā)射極電壓可確保不存在輸入失調(diào)電壓,而相等的電流增益可確保輸入電流相等。相等的輸入電流消除了輸入失調(diào)電流,因此可以使用外部電阻器將輸入電流轉(zhuǎn)換為運(yùn)算放大器容易抑制的共模電壓。電壓反饋運(yùn)算放大器的高精度是因?yàn)樗衅ヅ涞妮斎爰?jí)。
電壓反饋運(yùn)算放大器是一種電壓增益器件,因此,它有高阻抗節(jié)點(diǎn),例如各種晶體管集電極上的節(jié)點(diǎn)。將高阻抗節(jié)點(diǎn)與最小的雜散電容耦合會(huì)引起某個(gè)頻率上的信號(hào)衰減和不好的高頻特性。
此外,驅(qū)動(dòng)緩沖器的節(jié)點(diǎn)限制了電路的壓擺率。預(yù)緩沖級(jí)(prebuffer-stage)的壓擺率公式為dV/dT = I/C。輸出電流源固定為I,結(jié)電容固定為C,因此電壓反饋運(yùn)算放大器的內(nèi)部設(shè)計(jì)限制了其壓擺率。此類電路的壓擺率性能受到限制,除非你能對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)來提高其壓擺率性能。但是,增加壓擺率總是以增加功率為代價(jià)的,并且往往會(huì)降低增益和精度。
總之,電壓反饋運(yùn)算放大器具有極好的精度和CMR,同時(shí)具有中等頻率和壓擺率性能。
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