低噪聲放大器的指標(biāo)分析

張利敏?曾幸

（1）重要指標(biāo)分析

①增益帶寬積：運(yùn)放開環(huán)增益/頻率圖中，指定頻率處，開環(huán)增益與該指定頻率的乘積。

理解：如果運(yùn)放開環(huán)增益始終滿足-20dB/10倍頻，也就是頻率提高10倍，開環(huán)增益變?yōu)?.1倍，那么它們的乘積將是一個常數(shù)，也就等于前述的“單位增益帶寬”，或者“1Hz處的增益”。

在一個相對較窄的頻率區(qū)域內(nèi)，增益帶寬積可以保持不變，基本滿足-20dB/10 倍頻的關(guān)系，我們暫稱這個區(qū)域?yàn)樵鲆婢€性變化區(qū)。要想獲得高增益就必須得犧牲帶寬，因?yàn)樵鲆鎺挿e是一個常數(shù)。

②壓擺率（Slew Rate）

定義：閉環(huán)放大器輸出電壓變化的最快速率。用 V/μs 表示。

優(yōu)劣范圍：從 2mV/μs 到 9000V/μs 不等。

理解：此值顯示運(yùn)放正常工作時，輸出端所能提供的最大變化速率，當(dāng)輸出信號欲實(shí)現(xiàn)比這個速率還快的變化時，運(yùn)放就不能提供了，導(dǎo)致輸出波形變形——原本是正弦波就變成了三角波。

③相位裕度（Phase Margin）

定義：在運(yùn)放開環(huán)增益和開環(huán)相移圖中，當(dāng)運(yùn)放的開環(huán)增益下降到1時，開環(huán)相移值減去-180°得到的數(shù)值。相位裕度和增益裕度越大，說明放大器越容易穩(wěn)定。

失真與噪聲響應(yīng)

④建立時間（Settling Time）

定義：運(yùn)放接成指定增益（一般為 1），從輸入階躍信號開始，到輸出完全進(jìn)入指定誤差范圍所需要的時間。所謂的指定誤差范圍，一般有 1%，0.1%幾種。

優(yōu)劣范圍：幾個 ns 到幾個 ms。

理解：建立時間由三部分組成，第一是運(yùn)放的延遲，第二是壓擺率帶來的爬坡時間，第三是穩(wěn)定時間。很顯然，這個指標(biāo)與 SR 密切相關(guān)，一般來說，SR 越大的，建立時間更小。

⑤Vos（輸入失調(diào)電壓）

定義：在運(yùn)放開環(huán)使用時，加載在兩個輸入端之間的直流電壓使得放大器直流輸出電壓為 0。也可定義為當(dāng)運(yùn)放接成跟隨器且正輸入端接地時，輸出存在的非 0 電壓。優(yōu)劣范圍：1?V 以下，屬于極優(yōu)秀的。100?V 以下的屬于較好的。最大的有幾十mV。

理解：任何一個放大器，無論開環(huán)連接或者反饋連接，當(dāng)兩個輸入端都接地時，理論上輸出應(yīng)該為 0，但運(yùn)放內(nèi)部兩輸入支路無法做到完全平衡，導(dǎo)致輸出永遠(yuǎn)不會是 0。此時保持放大器負(fù)輸入端不變，而在正輸入端施加一個可調(diào)的直流電壓，調(diào)節(jié)它直到輸出直流電壓變?yōu)?0V，此時正輸入端施加的電壓的負(fù)值即為輸入失調(diào)電壓，用Vos表示。但是，多數(shù)情況下，輸入失調(diào)電壓不分正負(fù)，生產(chǎn)廠家會以絕對值表示。

后果：當(dāng)一個放大器被設(shè)計成AF倍閉環(huán)電壓增益（同相輸入放大增益，也稱噪聲增益）時，如果放大器的失調(diào)電壓為Vos，則放大電路0輸入時，輸出存在一個等于AFVos的直流電平，此輸出被稱為輸出失調(diào)電壓。閉環(huán)增益越大，則輸出失調(diào)電壓也越大。

⑥Vos（輸入失調(diào)電壓偏移）

定義：當(dāng)溫度變化、時間持續(xù)、供電電壓等自變量變化時，輸入失調(diào)電壓會發(fā)生變化。輸入失調(diào)電壓隨自變量變化的比值，稱為失調(diào)電壓漂移。

3）相對于電源電壓變化的比值，以 ?V/V 為單位，含義是調(diào)好的放大器，當(dāng)電源電壓發(fā)生 1V 變化，會引起失調(diào)電壓的變化。沒有明確的符號，常用文字表示。此數(shù)值在很多放大器數(shù)據(jù)手冊中沒有體現(xiàn)。

優(yōu)劣范圍：0.002?V/°C 到幾十 ?V/°C。

理解：

失調(diào)電壓漂移量，與數(shù)據(jù)手冊上標(biāo)注的失調(diào)電壓（或稱之為初始失調(diào)電壓）本身有密切關(guān)系。初始失調(diào)電壓小的，其漂移量也小。從多種放大器手冊指標(biāo)看，有以下規(guī)律：

1） 溫度變化 40～500 度可能帶來的失調(diào)電壓變化，等同于初始失調(diào)電壓。

2） 10～100個月帶來的失調(diào)電壓變化，等同于初始失調(diào)電壓。

后果：很嚴(yán)重。因?yàn)樗荒鼙徽{(diào)零端調(diào)零，即便調(diào)零完成，它還會帶來新的失調(diào)。在高精度、高穩(wěn)定性要求的場合，選擇漂移系數(shù)較小的放大器，比失調(diào)電壓大小更為重要。

⑦IB（輸入偏置電流）

定義：當(dāng)輸出維持在規(guī)定的電平時，兩個輸入端流進(jìn)電流的平均值。

優(yōu)劣范圍：60fA～100?A。數(shù)量級相差巨大，這取決于運(yùn)放輸入端結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ET 輸入的會很小。

對策：為避免輸入偏置電流對放大電路的影響，最主要的措施是選擇IB較小的放大器。有很多 FET 輸入運(yùn)放可以實(shí)現(xiàn)這個要求。

⑧Ios輸入失調(diào)電流

定義：當(dāng)輸出維持在規(guī)定的電平時，兩個輸入端流進(jìn)電流的差值。

優(yōu)劣范圍：20fA～100?A。數(shù)量級相差巨大，這取決于運(yùn)放輸入端結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ET 輸入的會很小。

后果：失調(diào)電流的存在，說明兩個輸入端客觀存在的電流有差異，用外部電阻實(shí)現(xiàn)匹配抵消偏置電流影響的措施，在此就失效了。

⑨噪聲

芯片數(shù)據(jù)手冊中的en（Input Referred Voltage Noise）為輸入電壓噪聲，in（Input-Referred Current Noise）為輸入電流噪聲。endprint