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          運(yùn)算放大器輸出驅(qū)動能力的方法分析(二)

          作者: 時間:2013-11-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          如何測量輸出參數(shù)

            運(yùn)放數(shù)據(jù)手冊中的輸出參數(shù)通常用一些根據(jù)合理數(shù)量的單位計算出的圖來表示。數(shù)據(jù)手冊中的圖可以說是屬于"線性"工作區(qū),因?yàn)樗鼈冿@示的是閉環(huán)工作條件下的典型特征。當(dāng)然,大多數(shù)運(yùn)放是在閉環(huán)條件下工作的,但是在某些特定的應(yīng)用中,也需要在開環(huán)條件下工作。這意味著運(yùn)放不能像通常那樣,保持輸入端之間的電壓差為0。這是由于快速的輸入變化要求運(yùn)放的輸出在很短的時間內(nèi)改變。這就是說,環(huán)路是開放的,同時輸出向最終值變化,在這段時間內(nèi),輸入端之間會有一個很大的電壓差。一旦達(dá)到最終的輸出值,輸入電壓差又會再次減小到非常接近于0V(即輸出電壓除以運(yùn)放很大的開環(huán)增益)。

            像前面所解釋的那樣,一些運(yùn)放由于架構(gòu)的原因,在"開環(huán)"條件下能明顯地提供更高的電流。但是在被用來在一個負(fù)載上維持一定量的電壓擺幅這樣的穩(wěn)定正常的閉環(huán)條件下,輸出電流能力必須在很小的輸入過驅(qū)動電壓條件下被確定。輸入過驅(qū)動電壓要大于運(yùn)放輸入級的輸入失調(diào)電壓,但不能太大,否則會影響電流能力。

            為了得到輸出特征圖,制造商會使用開環(huán)或閉環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量。只要遵循輸入過驅(qū)動電壓的要求,得到的結(jié)果是相同的。如圖3a所示,在測量開環(huán)輸出電流時,待測器件(DUT)的輸出連接一個可變的電流源(或電流沉)發(fā)生器(Go),并由雙電源供電。

            

          運(yùn)算放大器輸出驅(qū)動能力的方法分析(二)

            圖3:測量輸出特征。

            只需在輸入端施加足夠的差分電壓,來克服輸入失調(diào)電壓并"產(chǎn)生"輸出(對于源電流能力的測試,朝向正電源;對于輸出阱電流的測試,朝向負(fù)電源)。此電壓被稱作"輸入過驅(qū)動電壓"(VID)。大多數(shù)運(yùn)放需要大約20mV左右的輸入過驅(qū)動電壓來達(dá)到完全電流輸出能力。為了支持較小的輸出失真,在指定輸出電流時,輸入過驅(qū)動電壓應(yīng)小于+/-20mV。在這些條件下,輸出電流源(電流阱)發(fā)生器可以在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行掃描,并且記錄每個掃描點(diǎn)的輸出電壓。將輸出電壓(直接給出或是與之對應(yīng)的電源電壓之間的關(guān)系)與對應(yīng)的發(fā)生器的輸出電流畫在圖上,就得到了輸出特征圖。如果允許電流源(電流阱)發(fā)生器提供一個足夠大的電流,最終得到的點(diǎn)的輸出電壓會精確地等于V+和V-之和的1/2(在電源對稱的系統(tǒng)中就是地)。這一點(diǎn)對應(yīng)的電流值就是數(shù)據(jù)手冊上的"輸出短路電流",大多數(shù)運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊中通常會提供這個數(shù)值。如圖1所示,輸出短路電流大約為100mA,與之相對應(yīng)的縱軸坐標(biāo)為5V(對于+/-5V的電源)。

            圖3b中的設(shè)置與圖3a中的相似,也能被用來測量輸出特征。兩種設(shè)置的差別在于,在圖3b的電路中,DUT的環(huán)路通過RF和RG閉合。為了測量一個給定VOUT下的輸出電流能力,需要設(shè)置適當(dāng)?shù)腣IN來得到所需的VOUT。Go會一直增大直到達(dá)到所需的輸入過驅(qū)動電壓(VID)(通常小于+/-20mV,并大于輸入失調(diào)電壓,其值可以通過VOUT的下降(ΔVOUT)測得)。RF和RG的數(shù)值已知情況下,輸入過驅(qū)動電壓(VID)與VOUT下降之間的關(guān)系為:

            VID= ( VOUT/(1+RF/RG),其中( VOUT是由于Go增大所引起的VOUT的變化

            例如,當(dāng)RF=10K、RG=1K時,如果Vin =-0.3V,則輸出將為3V。所需的20mV的輸入過驅(qū)動電壓對應(yīng)于由Go的電流變化所引起的輸出電壓220mV{=20mV * (1+10)= 220mV}的改變,或VOUT= 2.78V。

            值得注意的是,一些專門為低功耗應(yīng)用所設(shè)計的高壓擺率的電壓反饋運(yùn)放,在前端使用了"壓擺率增強(qiáng)"電路。這樣能使運(yùn)放節(jié)省功耗,并產(chǎn)生高速的大信號輸出擺幅(換句話說就是高壓擺率)。例如美國國家半導(dǎo)體公司的兩款高速運(yùn)放LM7171和LMH6657。為了達(dá)到上述目的,大輸入擺幅增加了向內(nèi)部補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的電容所提供的電流,這一電容通常是用來限制運(yùn)放壓擺率的。因此,這一類器件的壓擺率與輸入過驅(qū)動電壓相關(guān)。

            

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