关于运放的参数很多,常用的却没几个。本文讲一下个人对输入失调电压、共模抑制比、轨至轨的理解。
在运放开环使用的时候,两个输入端都接地,理论上输出端应该为0V,但实际上由于器件总会存在一些偏差,导致输出不是0V。如果在两个输入端之间加直流电压V_OS,使得放大器的输出电压为0V,那么这个V_OS被称为输入失调电压。输入失调电压越小越好,一般来说在0.1mV以下。当温度变化、持续工作、供电电压等发生变化时,输入失调电压会产生漂移,一般来说,输入失调电压相对于温度变化的比值也会写在手册中。
共模抑制比(Common-Mode Rejection Ratio,CMRR),指的是运放的差模电压增益与共模电压增益的比值,用dB表示。
如果运放的两个输入端输入了相同的电压U_ic,理论上输出端应该为0,但实际测量输出端会有一个微小的电压U_oc。相当于运放把两个输入的共模电压放大了U_oc/U_ic倍。共模电压增益A_c=U_oc/U_ic。如果此运放可以把差模电压放大A_d,那么它的共模抑制比:
运放在差分输入的时候,由于我们只希望放大两个输入的差值,不希望放大共模成分,所以共模抑制比要大一些。一般说运放都有60dB以上的CMRR,这表示差模电压增益是共模电压增益的1000倍以上。如果CMRR达到120dB,那么差模电压增益是共模电压增益的一百万倍。
除了运放自身的参数,外围器件的精度也会影响整个电路的共模抑制比。比如两个输入电阻的值有略有差别,那么即便两个输入电压相同,运放的两个输入端感受到的电压也不相同,进而把输入电压的差值放大。因此,生产厂家会把常用的放大电路(包含运放和外围电阻)进一步集成,提供给用户,这就是功能放大器。通常集成在功能放大器的电阻会有更高的精度,比用户选择的分离元器件+运放组成的放大电路会有更好的性能。功能放大器种类很多,常见的有仪表放大器、差分放大器、程控增益放大器等等。
如果运放的最大输入电压范围与电源范围比较接近时,比如相差0.1V甚至相等、超过,都可以叫做“输入轨至轨”。如果输出电压与电源范围比较接近时,可以称为“输出轨至轨”。一般情况下,输入电压或输出电压都会比电源电压窄1V到几伏,比如±15V供电,输入电压范围一般在-12V~13V,这相差的数值就被称为输入轨差。较好的运放输入或输出电压的范围与电源电压相同,甚至能够超出电源电压范围零点几伏(称为超轨),可以提高电路的适用性。对于运放来说,能否实现“轨至轨”,也是必须要考虑到的一个参数。