电赛知识点总结1：精密放大

本文主要是介绍电赛知识点总结1：精密放大，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

精密放大

定义：带宽小于 50MHz ，具有某些特殊指标优异性的运放。

1 输出失调电压

定义：当一个放大器被设计成$A_F$倍闭环电压增益（同相输入放大增益，也称噪声增益）时，如果放大器的失调电压为$V_{OS}$，则放大电路 0 输入时，输出存在一个等于$A_F{V}_{OS}$的直流电平，此输出被称为输出失调电压。

1.1 计算电路的输出失调电压

$I_{B1}$与$I_{B2}$可以通过数据手册中给出的$I_B$与$I_{OS}$计算出，具体来说：
$$\{\begin{array}{l}{I}_B=\frac{I_{B1}+I_{B2}}{2}\\ I_{OS}=I_{B1}-I_{B2}\end{array}$$

两个方程两个未知数，可以计算出未知数。
根据节点电压法可以很容易的列出：
$$\{\begin{array}{l}{U}_o=\left(U_{+}+V_{\mathrm{o}\mathrm{s}}-U_{-}\right)\times A_{\mathrm{u}\mathrm{o}}\\ U_{+}=-I_{B1}{R}_1\\ U_{-}=-I_{R2}{R}_2=-\left(I_{\mathrm{B}2}-\frac{U_o-U_{-}}{R_F}\right)R_2\end{array}$$
这里$U_{+}$，$U_{-}$和$U_o$均已知，3个方程3个未知数，可以解出：
$$\begin{array}{c}{U}_o=\frac{A_{\mathrm{u}\mathrm{o}}}{1+\frac{R_2}{R_2+R_F}{A}_{\mathrm{u}\mathrm{o}}}\left(V_{\mathrm{o}\mathrm{s}}+I_{\mathrm{B}2}{R}_2//R_F-I_{\mathrm{B}1}{R}_1\right)\\ =G_{\mathrm{N}}\left(V_{\mathrm{o}\mathrm{s}}+I_{\mathrm{B}2}{R}_2//R_F-I_{\mathrm{B}1}{R}_1\right)\end{array}$$
$G_N$为噪声增益，可以用同相放大器增益来计算。这是因为噪声源、失调电压源在运放分析中都被定义在了同相输入端：
$$G_N=A_{u{f}_{-}NI}=\frac{A_{uo}}{1+\frac{R_2}{R_2+R_F}{A}_{u0}}\approx 1+\frac{R_F}{R_2}$$
在实际使用时估算输出失调电压的最大值：
$$U_{O{S}_{-}OUT}=\frac{R_2+R_F}{R_2}\left(V_{O{S}_{-}\max }+2I_{B_{-}\max }\times MAX\left(R_2\Vert R_F,R_1\right)\right)$$

1.2 反向选择运放参数和外部电路

计算过程中不难发现：放大器中$U_{OS}$，$I_{OS}$以及$I_B$这三个参数影响放大器的输出失调电压。在选择参数的时候，应当首先保证$U_{OS}$与$I_B$尽可能小，这是因为这两项在计算输出失调电压的时候占有比较大的比重。

在确定外部电路的电阻参数时，一般来说越小越好，但是一些因素会限制电阻的进一步减小：

• 运放输出电流提升，可能超过输出电流
• 运放其它性能受到影响
• 功耗增大

因此：电阻的选取尽可能小，但是也不能太小。电阻的最大值是通过上面的估算输出失调电压最大值的公式、以及所需要的放大倍数计算出来的。此外，还可以使用匹配电阻的方法进一步减小输出失调电压，具体来说就是令：
$$R_1=R_2\parallel R_F$$
注意使用匹配电阻的前提是：失调电流远小于偏置电流。

2 带宽

2.1 计算小信号带宽

定义：-3dB带宽是运放闭环使用时，某个指定闭环增益（一般为 1 或者 2、10 等）下，增益变为低频增益的 0.707 倍时的频率。分为小信号（输出 200mV 以下）大信号（输出 2V）两种。

计算：浏览数据手册 or 仿真

2.2 满功率带宽

定义：将运放接成指定增益闭环电路（一般为 1 倍），连接指定负载，输入加载正弦波，输出为指标规定的最大输出幅度，此状态下，不断增大输入信号频率，直到输出出现因压摆率限制产生的失真（变形）为止，此频率即为满功率带宽。

在此频率之内，不但输出幅度不会降低，且能实现满幅度的大信号带载输出。计算公式为：
$$\mathrm{F}\mathrm{P}\mathrm{B}\mathrm{W}=\frac{\mathrm{S}\mathrm{R}}{2\pi A_{\max }}$$
其中SR为压摆率，$A_{max}$为运放能够输出的最大值。下图可以形象的理解满功率带宽。运放的上升速度收到压摆率的限制，红线过0点的斜率大于压摆率，这就会导致实际输出信号的幅值减小（因为斜率更小了嘛），如果强行使其幅值达到要求，会导致信号的失真。

2.3 反向选择运放参数和外部电路

运放参数主要可以通过数据手册上的-3dB带宽以及压摆率选择。-3dB带宽直接看即可，压摆率应该满足：
$$\mathrm{S}\mathrm{R}>2\pi f_H\times U_{\max }$$
外部电路如果有电容/电感起滤波作用的话，需要对其频率特性进一步分析使其满足频率上的要求。

3 输出噪声

噪声的定义：是在一定幅度之内的杂乱无章的波形。

3.1 计算输出噪声

1. 获得等效带宽$f_b$，确定$f_a$
   （未完待续）

3.2 反向选择运放参数和外部电路

4 设计精密放大电路

5 实战

5.1 ADA4528

5.2 OPA388

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