運放學習筆記3 運放指標

1.1 定義：

保證運算放大器正常工作的最大輸入電壓範圍，也稱為共模輸入電壓範圍。

1.2 軌到軌輸入

當運放最大輸入電壓範圍與電源範圍比較接近時，比如相差 0.1v 甚至相等、超過，都可以叫「輸入軌至軌」，表示為 rail-to-rail input，或 rri。

注：運放的兩個輸入端，任何乙個的輸入電壓超過此範圍，都將引起運放的失效。注意，超出此範圍並不代表運放會被燒毀，但絕對引數中出現的此值是堅決不能超過的。

2.1 定義：

在給定電源電壓和負載情況下，輸出能夠達到的最大電壓範圍。或者給出正向最大電壓 voh 以及負向最小電壓 vol——相對於給定的電源電壓和負載；或者給出與電源軌（rail）的差距。

在沒有額外的儲能元件情況下，運放的輸出電壓不可能超過電源電壓範圍，隨著負載的加重，輸出最大值與電源電壓的差異會越大。

2.2 特點：

輸出電壓範圍，或者輸出至軌電壓有如下特點：

1）正至軌電壓與負至軌電壓的絕對值可能不一致，但一般情況下數量級相同；

2）至軌電壓與負載密切相關，負載越重（阻抗小）至軌電壓越大；

3）至軌電壓與訊號頻率相關，頻率越高，至軌電壓越大，甚至會突然大幅度下降；

4）至軌電壓在 20mv 以內，屬於非常優秀。

3.1 定義：

差模電壓增益與共模電壓增益的比值，用 db 表示。一般運放都有 60db 以上的 cmrr，高階的可達 140db 以上。

注：運算放大器在單端輸入使用時，不存在這個概念。只有把運放接成類似於減法器形式，使得運放電路具備兩個可變的輸入端時，此指標才會發揮作用。

4.1 定義：

運放本身具備的輸出電壓與兩個輸入端差壓的比值，用 db 表示。評估：一般在 60db~160db 之間。越大的，說明其放大能力越強。

開環電壓增益是指放大器在閉環工作時，實際輸出除以運放正負輸入端之間的壓差，類似於運放開環工作——其實運放是不能開環工作的。

5.1 定義：

閉環放大器輸出電壓變化的最快速率。用 v/μs 表示。

可參考：運放引數——壓擺率(sr)

壓擺率顯示運放正常工作時，輸出端所能提供的最大變化速率，當輸出訊號欲實現比這個速率還快的變化時，運放就不能提供了，導致輸出波形變形。

6.1 單位增益頻寬（unity gain-bandwidth， ugbw）

定義：運放開環增益/頻率圖中，開環增益下降到 1 時的頻率。當輸入訊號頻率高於此值時，運放的開環增益會小於 1，即此時放大器不再具備放大能力。

6.2 增益頻寬積（gain bandwidth product， gbp 或者 gbw）

定義：運放開環增益/頻率圖中，指定頻率處，開環增益與該指定頻率的乘積。

理解：如果運放開環增益始終滿足-20db/10 倍頻，也就是頻率提高 10 倍，開環增益變為 0.1 倍，那麼它們的乘積將是乙個常數，也就等於前述的「單位增益頻寬」，或者「1hz處的增益」。

此引數針對電壓模運放，電流模運放不用此引數衡量。

6.3 -3db 頻寬

**定義：**運放閉環使用時，某個指定閉環增益（一般為 1 或者 2、 10 等）下，增益變為低頻增益的 0.707 倍時的頻率。分為小訊號（輸出 200mv 以下）大訊號（輸出 2v）兩種。

理解：它直接指出了使用該運放可以做到的-3db 頻寬。因為前述的兩個指標，單位增益頻寬和增益頻寬積，其實都是對運放開環增益效能的一種描述，來自開環增益/頻率圖。而這個指標是對運放接成某種增益的放大電路實施實測得到的。

6.4 滿功率頻寬(full power bandwidth)

**定義：**將運放接成指定增益閉環電路（一般為 1 倍），連線指定負載，輸入載入正弦波，輸出為指標規定的最大輸出幅度，此狀態下，不斷增大輸入訊號頻率，直到輸出出現因壓擺率限制產生的失真（變形）為止，此頻率即為滿功率頻寬。

理解：比-3db 頻寬更為苛刻的乙個限制頻率。它指出在此頻率之內，不但輸出幅度不會降低，且能實現滿幅度的大訊號帶載輸出。滿功率頻寬與器件壓擺率密切相關：

**amax：**運放能夠輸出的最大值（即滿功率值）

參考：