教你从4个维度7个指标选取适合你的电源运放

01

输入输出范围

轨到轨运放，想必大家都不陌生。

供电电源轨

Power rail

什么是供电电源轨？

运放供电电压，决定运放处理信号的范围。

轨到轨指的是，运放输入输出范围，可以摆到电源轨。

如下图所示：

为什么会有非轨到轨特性？

输入：差分基本放大电路，MOS/BJT在输入电压（共模）较大时，进入非线性区，导致非轨到轨现象产生。

输出：甲乙类功率放大电路，BJT的饱和电压、二极管的Forward压降，导致此现象产生。

非轨到轨特性对电源设计的影响？

在下最早接触电力电子设计时，碰到过这种情况。选用某非轨到轨运放，输入正弦波，输出突然被削顶。

而后突然惊觉。竟选用非轨到轨运放。难怪如此。说起来抽象，直接上图：

结论1：

结论：在现今CMOS电平横行年代，轨到轨特性尤为重要！

02

频率特性(速度)

1

带宽增益积

GBW: Gain bandwidth product

什么是GBW？

运放开环带宽为1时的频率，亦称为单位增益带宽。

啰嗦一句，这里工程师，经常把GBW误称为带宽。真实的两个概念，运放一般给出带宽增益积的指标。

GBW对电源采样电路有哪些影响？

仍以差分放大电路为例。不考虑误差时，增益为R2/R1，某次应用中，你突然发现，放大100kHz信号，为何增益小于R2/R1？

这时你要问自己，设计电路时，考虑GBW了吗？

以某运放为例：

GBW=1MHz,AOL=100kHz=20dB(10倍)。

以闭环系统思路分析：

你的期望是: 100kHz信号能完整放大10倍（理论上R2/R1=10）

实际情况是: 增益G=5，因为开环增益不够的缘故。

结论2

GBW越大，一般某频率处，开环增益越大，理论增益和实际增益差距越小。

2

压摆率

SR: Slew rate

什么是SR？

运放输出电压的转换速率。

通常单位为V/us

SR怎样考量？

如果，某信号需要快速保护，摆率会影响这个信号的延迟。

结论3

快速运放摆率大，适合做快速保护。

03

精度

1

输入失调电压Vos

Offset voltage

什么是输入失调电压Vos？

简单解释：为了使输出电压为零，在输入端施加的差分电压。

为什么会有输入失调电压Vos？

运放输入级，BJT/CMOS组成的差分放大电路，理论上完全对称。

然而，受工艺所限，不匹配的输入级，导致了输入失调电压。

Vos对电源的影响？

以差分放大电路为例:

理论增益为：

考虑失调电压后增益为：

多大影响，一算便知~

结论4

输入失调电压会影响精密度，对于精确度较高的应用，选取失调电压小的运放。

2

输入偏置电流

Bias current

什么是输入偏置电流Ibias？

运放输入端P/N输入电流之和。

为什么存在输入偏置电流Ibias？

运放输入是差分放大电路，那想让它工作，得给人静态工作点吧。

输入偏置电流，便由输入级直流工作点引入。

Ibias对电源采样调理电路的影响？

仍以差分放大电路分析：

考虑偏置电流，放大倍数为：

因此，理论上，只要电阻参数完全相等，输入偏置电流对差分放大电路，没有任何影响。

但其他运放典型应用呢？以反相比例放大电路(R*=0)为例：

考虑偏置电流，放大倍数为：

结论5

输入偏置电流可以通过差分、添加补偿电阻去除。

04

抗扰度

1

共模抑制比

CMRR: Common mode rejection ratio

什么是共模抑制比CMRR？

差分信号放大倍数/共模信号放大倍数

也许一般人不重视这个参数，但是，当你的调理电路，被开关噪声，干扰的一塌糊涂，你就懂这个痛了。

结论6

越大的CMRR，对抑制开关噪声（共模干扰），越有效果。

2

电源抑制比

PSRR: Power supply rejection ration

什么是电源抑制比PSRR？

电源信号/对应的输出电压。

也许还有人，也不重视这个参数，但是当你发现，输出叠加辅助电源的开关次信号，你就懂了。

在下当年调电路时，发现运放输出，总是叠加一个很小的纹波，和辅电开关频率一致，我陷入了沉思…

结论7

PSRR越大，辅电对运放输出影响越小。