运算放大器

<strong>作者：Yoshinori Kusuda</strong>

<strong>摘要</strong>

本文介绍了对一种斩波运算放大器输入电流噪声的理论分析和测量，该放大器具有10 pF输入电容、5.6 nV/√Hz电压噪声PSD和4 MHz
单位增益带宽。当配置的闭环增益更高时，输入电流噪声以输入斩波器处动态电导的热噪声为主。此外，理论分析确定了输入电流噪声的另一个来源—由输入斩波器处动态电导采样的放大器电压噪声所引起。而且，在采样时，宽带电压噪声谱密度会折回到低频，使得相应的电流噪声谱密度实际上随着闭环带宽的加宽而增加，因而配置的闭环增益越小，电流噪声谱密度越大。当闭环增益为10时，测得的电流噪声为0.28 pA/√Hz，但在单位增益配置时，电流噪声增加到0.77 pA/√Hz。

<strong>I. 引言</>strong

<strong>简介</strong>

在超声及成像等各类系统中，模拟信号的电压有时可能突然达到极限值。而诸如ADC驱动器之类的多种下游电路可以对模拟输入信号电平进行限制，以维持其性能。在过驱条件下，这类器件可能过度吸取电流，也可能被驱动至饱和状态，从而延长恢复时间。

在这类系统中，可以利用多种箝位放大器来对输出端的信号偏移进行限制，以保护下游器件。目前，多数箝位放大器都依赖于一种称为输出箝位放大器(OCA)的输出箝位架构。一种被称为输入箝位放大器(ICA)的新型架构可提供更高的箝位精度和更低的失真。

图1显示了两种器件的相对性能。可以看出，在线性区，ICA更接近直线，进入箝位区后有所弯曲。另一方面，OCA在接近箝位电压时，偏离直线的时间更早。当然，响应更接近直线的程度显示了放大器在该区的线性度。

<strong>作者：Robert Brennan</strong>

锁相环 (PLL) 和压控振荡器 (VCO) 输出特定频率的 RF 信号，理想情况下此信号应当是输出中的唯一信号。但事实上，输出中存在干扰杂散信号和相位噪声。本文讨论最麻烦的杂散信号之一——整数边界杂散——的仿真与消除。

"运算放大器和负反馈，会使我们设计一个放大电路变得更加容易，并获得更加出色的放大电路指标。"——杨建国。 《新概念模拟电路》系列第二本《负反馈和运算放大器基础》从理论和运算推导入手，用数个形象化的生活场景类比，数十个实用运放电路案例解析，300多页的篇幅，将复杂的负反馈和运算放大器基础知识不留死角讲清楚了。

杨教授认为，模拟电子技术犹如"语文之于知识分子，数学之于理工科，电路之于电类"一样，它是电子工作者的看家本领。只有爱它，才能学好它。相信这本贴合学子之心的上乘佳作，必能助你一臂之力！

<strong><a href="http://h.analog.com/CN-eBook-AMP-YANG?ADICID=SOME_CN_P110593"&gt;详文请阅：负反馈和运算放大器基础</a></strong>

"运算放大器和负反馈，会使我们设计一个放大电路变得更加容易，并获得更加出色的放大电路指标。"——杨建国。 《新概念模拟电路》系列第二本《负反馈和运算放大器基础》从理论和运算推导入手，用数个形象化的生活场景类比，数十个实用运放电路案例解析，300多页的篇幅，将复杂的负反馈和运算放大器基础知识不留死角讲清楚了。

杨教授认为，模拟电子技术犹如"语文之于知识分子，数学之于理工科，电路之于电类"一样，它是电子工作者的看家本领。只有爱它，才能学好它。相信这本贴合学子之心的上乘佳作，必能助你一臂之力！

<strong><a href="http://h.analog.com/CN-eBook-AMP-YANG?ADICID=SOME_CN_P110593"&gt;详文请阅：新概念模拟电路 -《负反馈和运算放大器基础》</a></strong>

"运算放大器和负反馈，会使我们设计一个放大电路变得更加容易，并获得更加出色的放大电路指标。"——杨建国。 《新概念模拟电路》系列第二本《负反馈和运算放大器基础》从理论和运算推导入手，用数个形象化的生活场景类比，数十个实用运放电路案例解析，300多页的篇幅，将复杂的负反馈和运算放大器基础知识不留死角讲清楚了。

杨教授认为，模拟电子技术犹如"语文之于知识分子，数学之于理工科，电路之于电类"一样，它是电子工作者的看家本领。只有爱它，才能学好它。相信这本贴合学子之心的上乘佳作，必能助你一臂之力！

<strong><a href="http://h.analog.com/CN-eBook-AMP-YANG?ADICID=SOME_CN_P110593"&gt;详文请阅：新概念模拟电路 -《负反馈和运算放大器基础》</a></strong>

即使是考虑到运放所有的已知及未知阻抗负载，运算放大器的输出中始终含有无法基于输入信号和完全已知的闭环传递函数进行预测的信号。这种不确定信号被称为噪声。

导致噪声产生的因素可能是放大器电路本身，可能是其反馈环路中使用的元件，也可能是电源；噪声也可能从附近（或较远的地方）的噪声源藕合或感应至输入、输出、地回路或测量电路之中的。

无疑，我们对噪声的关注程度取决于两点:
电路在目标频段所要达到的分辨率;
避免噪声转移至非直接相关频段。

由于运算放大器多用作前置放大器和高精度信号处理器，运算放大器电路的精度日益受到关注。所以今天我们就谈谈【噪声与运算放大器电路】。

从噪声角度来看，运算放大器具有独特的优势，完全适用于低压和高精度电路，因为:
可以选择特定的放大器传递函数，使其仅允许目标频段通过。

可以从具有不同噪声特性的众多型号中选择适应具体需要的放大器，以便在目标频段内获得近乎理想的特性。

如果噪声源已知且经过正确评估，则可预测各种放大器电路的噪声情况并达到足够的精度，从而为初步的手工设计提供依据，并具有一定的成功验证的可能性。

<strong>基本模型一一电压噪声与电流噪声</strong>

<strong>运算放大器输出电压相位反转</strong>

本教程讨论两个与运算放大器相关的话题：输出相位反转和输入过压保护。

超过输入共模电压(CM)范围时，某些运算放大器会发生输出电压相位反转问题。其原因通常是运算放大器的一个内部级不再具有足够的偏置电压而关闭，导致输出电压摆动到相反电源轨，直到输入重新回到共模范围内为止。图1所示为电压跟随器的输出相位反转情况。注意，输入可能仍然在电源电压轨内，只不过高于或低于规定的共模限值之一。这通常发生在负范围，最常发生相位反转的是JFET和/或BiFET放大器，但某些双极性单电源放大器也有可能发生。

<strong>Eric Modica 和 Michael Arkin</strong>

当运算放大器的输入电压超过额定输入电压范围，或者在极端情况下，超过放大器的电源电压时，放大器可能发生故障甚至受损。本文讨论过压状况的一些常见原因和影响，为无保护的放大器增加过压保护是如何的麻烦，以及集成过压保护的新型放大器如何能为设计工程师提供紧凑、鲁棒、透明、高性价比的解决方案。

所有电子器件的可耐受电压都有一个上限，超过上限就会产生影响，轻则导致工作暂时中断或系统闩锁，重则造成永久性损害。特定器件能够耐受的过压量取决于多个因素，包括是否安装或意外接触器件、过压事件的幅度和持续时间、器件的鲁棒性等。

精密放大器常常是传感器测量信号链中的第一个器件，因而最容易受到过压故障的影响。选择精密放大器时，系统设计师必须了解放大器的共模输入范围。在数据手册中，共模输入范围可能是用输入电压范围(IVR)、测试条件下的共模抑制比(CMRR)或以上二者来规定。

<strong>过压状况的实际原因</strong>