運(yùn)算放大器增益誤差設(shè)計(jì)指南

您坐下來(lái)為您的電路選擇合適的運(yùn)算放大器 (op amp) 時(shí)，首先要做的便是確定系統(tǒng)通過該放大器進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)帶寬。一旦您確定下來(lái)這一點(diǎn)，您便可以開始尋找正確的放大器。來(lái)自高速設(shè)計(jì)專家的告誡是：您應(yīng)該避免使用相對(duì)您的應(yīng)用而言速度過快的模擬器件。因此，您要盡量選擇一種閉環(huán)帶寬稍高于信號(hào)最大頻率的放大器。

它聽起來(lái)好像是一種較好的產(chǎn)品選擇方案，但是這種設(shè)計(jì)方法將可能會(huì)給您的應(yīng)用板帶來(lái)災(zāi)難性的后果。在實(shí)驗(yàn)室中，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)您將應(yīng)用最大頻率的輸入正弦波信號(hào)置入系統(tǒng)時(shí)，您放大器的輸出信號(hào)并未穿過希望的全刻度模擬范圍。信號(hào)增益遠(yuǎn)低于預(yù)期。您放大器的轉(zhuǎn)換速率等級(jí)超出所需。另外，您并沒有驅(qū)動(dòng)放大器輸出至電源軌中。哪里出錯(cuò)了呢？

不要再反復(fù)檢查您的電阻值了！在增益單元中設(shè)計(jì)某個(gè)放大器時(shí)，為這項(xiàng)工作選擇備選放大器時(shí)您需要了解一些事情。例如，您的信號(hào)最大帶寬 (SBW) 是多少？放大器閉環(huán)噪聲增益 (NG) 是多少，以及考慮中的放大器的增益帶寬產(chǎn)品 (GBWP) 是什么？另外，您想要容許多少增益誤差？閉環(huán)噪聲增益就是放大器增益，就像一個(gè)小電壓源與運(yùn)算放大器同相輸入串聯(lián)。

讓我們通過例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問題。例如，以1 MHz信號(hào)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(duì)于該電路剛好足夠帶寬的放大器的開環(huán)頻率響應(yīng)；或者您認(rèn)為合適的開環(huán)頻率響應(yīng)。放大器 GBWP 為 16 MHz。

圖 1 該電壓反饋放大器的開環(huán)增益和閉環(huán)增益具有 16 MHz 的增益帶寬產(chǎn)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(yùn)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(jìn)一步研究。SBW 開環(huán)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(huán)增益 (AVOL-SBW) 等于 16 V/V。但是，沒什么好抱怨的。該電路的閉環(huán)增益誤差等于 NG/(AOL-SBW + NG)。在我們的例子中，1 MHz 閉環(huán)增益誤差等于 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(shí)您知道因產(chǎn)品和溫度的不同，放大器的 GBWP 會(huì)改變 30% 最大值，則您需要一個(gè)具有 247 MHz GBWP 的放大器。產(chǎn)品選擇部分的指導(dǎo)公式如下：

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

參考文獻(xiàn)

1. 《增益誤差會(huì)影響運(yùn)算放大器的選擇》，作者：Bendaoud, Soufiane，Planet Analog，2006 年 7 月

2. 《運(yùn)算放大器增益分析》，作者：Mancini, Ron，EDN，2000 年 12 月 7 日