運(yùn)算放大器的關(guān)鍵指標(biāo)：干擾抑制和失真

本期，我們接著介紹運(yùn)放的關(guān)鍵指標(biāo)，主要分為輸入輸出電壓范圍、共模抑制比、電源電壓抑制比和全諧波失真加噪聲。

01 輸入輸出電壓范圍 ?

輸入電壓范圍：能保證運(yùn)放正常工作的允許的最大輸入電壓范圍，也稱為共模輸入電壓范圍。

輸出電壓范圍：在特定供電電壓和負(fù)載的情況下，輸出能夠達(dá)到的最大電壓范圍。

“軌至軌”概念：rail-to-rail，又分為輸入軌至軌（RRI）和輸出軌至軌（RRO），表示輸入和輸出電壓范圍基本接近運(yùn)放的供電電壓范圍，運(yùn)放的輸入輸出電壓范圍和運(yùn)放電源電壓范圍的差值又被稱為“至軌電壓”。 輸入軌至軌可以使運(yùn)放設(shè)計(jì)具有更大的輸入動(dòng)態(tài)范圍，電路的適應(yīng)性較好。輸出軌至軌在一些低壓低功耗場(chǎng)景中應(yīng)用較為廣泛。

02 共模抑制比CMRR? 書本上的定義是差模電壓增益（Ad）與共模電壓增益（Ac）的比值，簡(jiǎn)單的理解就是：如果在運(yùn)放兩端加上相同的輸入電壓Uic，理論上輸出為0，但實(shí)際上會(huì)因?yàn)檫\(yùn)放的不對(duì)稱性有一個(gè)輸出Uoc。我們將Uoc/Ad折算到輸入端，再被輸入電壓Uic相除，就得到共模輸入被抑制了多少倍。

共模抑制比在差分應(yīng)用中才會(huì)用到，單端輸入場(chǎng)景不考慮。通常運(yùn)放的CMRR都能在60dB以上，好一點(diǎn)的可以做到120dB以上。但我們需要注意的是，在差動(dòng)放電電路中，通常影響電路CMRR的并不是運(yùn)放本身，而是外部電阻的一致性。因此，在高CMRR需求的設(shè)計(jì)中，選用集成高精度校準(zhǔn)電阻的差動(dòng)放大器是明智的。

03 電源電壓抑制比PSRR

當(dāng)運(yùn)放的電源有一個(gè)頻率為f的波動(dòng)△Vs時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸出有一個(gè)相同頻率的電壓波動(dòng)△Vo，這就等效于電源穩(wěn)定的情況下，在輸入端加了一個(gè)頻率f波動(dòng)幅度為△Vi的信號(hào)，因此PSRR的數(shù)學(xué)公式如下：

對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其PSRR一般有正負(fù)之分，其值一般也是不一樣的，如下圖曲線所示。

對(duì)于PSRR的理解，其實(shí)就是運(yùn)放抗電源噪聲干擾的能力。隨著頻率的升高，PSRR的整體趨勢(shì)是大幅下降的，即運(yùn)放抗電源噪聲的能力越差，這就要求我們要格外重視運(yùn)放電源的噪聲抑制，通常采用大小不一的電容并聯(lián)，來消除不同頻率的噪聲，比如10uf+0.1uf+0.01uf這種常用組合。

04?全諧波失真加噪聲THD+N

THD這個(gè)指標(biāo)在音頻領(lǐng)域很常見，主要用于評(píng)估輸出信號(hào)對(duì)于輸入信號(hào)的保真程度。其數(shù)學(xué)定義如下：輸出信號(hào)的各諧波分量的平方和開根號(hào)與基波分量的比值。（通?？紤]到7次諧波以內(nèi)就可以了）

對(duì)于THD+N，則在上述諧波分量的基礎(chǔ)上，再加上我們上一期介紹的噪聲分量就可以了。 在一些對(duì)THD有明確要求的設(shè)計(jì)場(chǎng)景中（比如音頻、AD采集等），我們需要關(guān)注運(yùn)放的THD+N是否滿足我們的設(shè)計(jì)需求。

以上就是本期分享的所有內(nèi)容啦，放大器很難，但也很有趣，小編在大學(xué)期間和放大器打交道比較多，工作之后就很少碰到放大器相關(guān)應(yīng)用了，但一直保留著對(duì)放大器的熱愛，也希望各位同學(xué)能在這里有所學(xué)習(xí)。歡迎大家持續(xù)關(guān)注，下一期我們介紹運(yùn)放關(guān)鍵指標(biāo)的最后一部分--增益和帶寬。

審核編輯：湯梓紅