运放入门视频公开课2 Q1:什么是轨至轨运放? 轨(Rail)指的是供电电压 共模输入电压(Common Mode Input Voltage)范围“包含(超过一点)”供电电压,即所谓轨至轨输入。 输出电压范围“包含(几乎达到)”供电电压,即所谓轨至轨输出。
- 输出无法真正到轨 输入级由于补偿电路作用,可以超过供电轨,但是输出级由于晶体管的导通内阻,无法真正到轨,会有几mV~几十mV的差距。
- 输出误差和带负载阻抗相关:负载大,输出小,负载很重,输出到电源轨的差距就很大
Q2:运放可以用作比较器么? Yes: 大部分运放是可以再开环下工作的 No: -有一些运放的同相输入与反相输入之间有嵌位二极管(差分二极管保护),用作比较器时(压差超过0.7v)会导致其中一个嵌位二极管导通,(如果源输入阻抗很低,可以供的电流很大)从而有大电流流过,甚至烧坏芯片。 (看差模输入电压范围,这个参数大,说明没有嵌位二极管。可以用。) -反应速度慢,即使高速运放,也不够快。 -稳定性不佳,过载饱和时恢复时间长。
Q3:什么是“Unit Gain Stable” Unit Gain Stable, 即单位增益稳定 意思是:此类运放可以设置1倍放大并稳定工作,比如用作跟随器。 相应的有非单位增益稳定的运放,此类运放应用时增益必须大于规定限定值,否则电路不能稳定工作。 有的运放规格书中就写到:- Stable for Gains of 10 比如有些放大倍数小于1的应用,就需要在选择运放时候,考虑是否是单位增益稳定的运放。
Q4:怎样选择合适的运放:直流信号 - 确定信号具体特性:信号范围,精度。确定好这些参数,甚至就可以直接联系FAE来帮助选型。 - 输入失调电压(Vos):根据信号最小值,来决定,通常取最小信号值的二分之一以内。例如,最小信号值是1mV,那就需要尽量选择Vos在0.5mV以内的。所有的运放都会给出该参数。着重看最大值,而不是典型值。 - 温漂:看产品输出地点,环境温度可能不同。 - 输入失调电流:如果传感器带载能力很差,即输出阻抗很高,输出电流小。对运放的输出失调电流就有要求了,要求输入运放的电流小,这样对原信号的分压就小。 - 耗电要求 - 工作电压范围 - 输入输出特性: 是否轨对轨的?还是非轨对轨。
Q5:怎样选择合适的运放:交流信号 - 交流信号的具体特性 - 增益带宽:待处理信号频率X放大倍数 X系数(一般取5-10)<> - 开关增益 - 电压噪声密度 - 耗电要求 - 工作电压 - 输入输出特性
FAQ 1: 规格书中描述工作电压Vs = ±15V的运放可以单电源供电吗? 答:可以 看“单电源工作电压” 运放工作于单电源,就是平移整个电压的范围,即提高正轨,把负轨提到GND(+Vs=+5V、+12V、+15V,…;-Vs=GND) 即使,并非所有的运放都是单电源运放 但所有的运放都可以工作于单电源(需要注意输入电压范围、输出动态范围等)
怎样做Vos补偿:输入调成0后,用AD采集测量一下输出的偏置。之后,输入其他电压的时候,软件端扣减掉Vos的影响。(也有些电路可以补偿Vos,但是只能用在跟随电路,不能用在放大电路上。)
一般厂家会在设计运放芯片时候,在规格书中的极端参数基础上再留出30%-40%余量。但是平时在做设计时候,一定还是要设计在规格范围内,否则厂家不负责任。
FAQ 2: 运放工作电压一定下,输入的信号电压可以超过运放工作电压吗?是否一定会烧坏运放? 答:输入电压超过运放工作电压时,内部保护管导通。 但是,规格书中提到限制电流才是值得我们更关注的。只要在输入端串上相对应的电阻来限流。保证不会因为电流过大而烧坏内部保护管,即可。但是电阻也不能选太大,否则增益就做不上去了。 输出端串不串电阻?一般来说,大家不想在输出上做任何文章。但是有些情况,输出端还是可能会出现瞬间高电流。比如,测试治具上有弹簧针专门顶在运放输出的地方。弹簧针和板子接触和分离的过程其实相当于热插拔,会有浪涌。这个时候就需要在输出端串上电阻来限流。
过压保护方案: 1) 输出,输入,电源轨分别串上电阻 优点:便宜,可靠 (最倾向方案)
2)外部输入加OVP防护(TVS Clamping,不能用稳压管,反应太慢)。 优点:便宜,可靠 缺点: 并非适合所有应用(比如高精度系统) 漏电流随温度变化 结电容不定 增加非线性
3)差动二极管保护电路 优点:便宜,漏电流和结电容相对稳定 缺点:需要增加器件,不能做放大器
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