運算放大器增益誤差設計的解決方案分析

2021-01-17 電子發燒友
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運算放大器增益誤差設計的解決方案分析

Bonnie Baker，德州儀 發表於 2021-01-15 14:48:00

作者：Bonnie Baker，德州儀器 （TI），高級應用工程師

您坐下來為您的電路選擇合適的運算放大器 （op amp） 時，首先要做的便是確定系統通過該放大器進行傳輸的信號帶寬。一旦您確定下來這一點，您便可以開始尋找正確的放大器。來自高速設計專家的告誡是：您應該避免使用相對您的應用而言速度過快的模擬器件。因此，您要儘量選擇一種閉環帶寬稍高於信號最大頻率的放大器。

它聽起來好像是一種較好的產品選擇方案，但是這種設計方法將可能會給您的應用板帶來災難性的後果。在實驗室中，您可能會發現當您將應用最大頻率的輸入正弦波信號置入系統時，您放大器的輸出信號並未穿過希望的全刻度模擬範圍。信號增益遠低於預期。您放大器的轉換速率等級超出所需。另外，您並沒有驅動放大器輸出至電源軌中。哪裡出錯了呢？

不要再反覆檢查您的電阻值了！在增益單元中設計某個放大器時，為這項工作選擇備選放大器時您需要了解一些事情。例如，您的信號最大帶寬 （SBW） 是多少？放大器閉環噪聲增益 （NG） 是多少，以及考慮中的放大器的增益帶寬產品 （GBWP） 是什麼？另外，您想要容許多少增益誤差？閉環噪聲增益就是放大器增益，就像一個小電壓源與運算放大器同相輸入串聯。

讓我們通過例子來說明這個問題。例如，以1 MHz信號帶寬 （SBW） 開始，圖 1 所示放大器電路噪聲增益（NG = 1 + 9R/R）為10V/V。圖1還顯示了具有相對於該電路剛好足夠帶寬的放大器的開環頻率響應；或者您認為合適的開環頻率響應。放大器 GBWP 為 16 MHz。

圖 1 該電壓反饋放大器的開環增益和閉環增益具有 16 MHz 的增益帶寬產品和 10 V/V 的電路噪聲增益。

由圖 1 所示可知，像它這樣的運算放大器可以支持 1 MHz 頻率 10 V/V （20 dB） 的增益，但我們需要進一步研究。SBW 開環增益曲線的增益為：

在我們的例子中，1 MHz頻率下放大器的開環增益 （AVOL-SBW） 等於 16 V/V。但是，沒什麼好抱怨的。該電路的閉環增益誤差等於 NG/（AOL-SBW + NG）。在我們的例子中，1 MHz 閉環增益誤差等於 0.385，即 38.5% 的增益誤差！

就該電路而言，如果您想要容許放大器 0.05 的增益誤差，同時您知道因產品和溫度的不同，放大器的 GBWP 會改變 30% 最大值，則您需要一個具有 247 MHz GBWP 的放大器。產品選擇部分的指導公式如下：

在為您的電路選擇放大器時，請使用該公式獲得一次過關。在您確定放大器的帶寬以後，您便可以開始深入研究您應用的其它重要放大器特性，例如：電壓補償或噪聲。

責任編輯：gt

 

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