本指南將詳細考察精密信號調(diào)理應(yīng)用中適用放大器的一些相關(guān)問題。盡管這些討論把OP177運算放大器當作了精密雙極性放大器的“金標準”，但一些新產(chǎn)品(比如軌到軌輸出OP777、OP727以及OP747、OP1177、OP2177和OP4177)都以更小的封裝提供不相上下的性能。

2 正文

2.1 精密運算放大器的特性

市場上有開環(huán)增益大于100萬的精密運算放大器，共模和電源抑制比也達到這一數(shù)量級。還有失調(diào)電壓低于25uV、失調(diào)漂移低于0.1uV/°C的雙電源運算放大器(如OP177)，然而，單電源精密雙極性運算放大器有時還達不到這一性能水平。這是低功耗、低電壓應(yīng)用有時必須面對的權(quán)衡考量。但另一方面，現(xiàn)代斬波穩(wěn)定(自穩(wěn)零)運算放大器的失調(diào)和失調(diào)電壓漂移無法與噪聲區(qū)分開來，而且這些器件以單電源供電，同時提供軌到軌輸入和輸出。它們也有自己的問題。

必須注意的是，直流開環(huán)增益、失調(diào)電壓、電源抑制(PSR)和共模抑制(CMR)并非選擇精密放大器時的唯一考慮因素。放大器的交流性能也很重要，即使在“低”頻下也是如此。

開環(huán)增益、PSR和CMR都具有相對較低的轉(zhuǎn)折頻率，因此，可能視為“低”頻的頻率實際上可能超過這些轉(zhuǎn)折頻率，從而使誤差超出僅僅依靠直流參數(shù)預(yù)測的值。例如，如果一個放大器的直流開環(huán)增益為1000萬，單位增益交越頻率為1MHz，則其對應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率為0.1Hz!因此，我們必須在實際信號頻率下考慮開環(huán)增益。單極點單位增益交越頻率fu、信號頻率fsig以及開環(huán)增益AVOL(fsig)(在信號頻率下測得)之間的關(guān)系可表示為：

在上例中，100 kHz下的開環(huán)增益為10，10 kHz下則為100000。請注意，恒定增益-帶寬積概念只適用于電壓反饋(VFB)運算放大器，并不適用于電流反饋(CFB)運算放大器，且很少用在精密應(yīng)用中。目標頻率下開環(huán)增益的損失可能帶來失真，尤其是在音頻頻率下。因此，線路頻率或諧波下的CMR或PSR損失也可能導(dǎo)致誤差。

針對特定信號調(diào)理應(yīng)用選擇正確的放大器時，使問題變得更加復(fù)雜的是市場上存在大量采用不同工藝(雙極性、互補雙極性、BiFET、CMOS、BiCMOS)和架構(gòu)(傳統(tǒng)運算放大器、儀表放大器、軌波放大器、隔離放大器等)制成的多種多樣的放大器。另外，目前市場上有大量精密放大器可供選擇，這些放大器采用單電源電壓，由于其信號擺幅、電壓輸入和輸出限制有所下降，結(jié)果使設(shè)計過程變得更加復(fù)雜。目前，失調(diào)電壓和噪聲在輸入信號中的意義更加重大。圖1總結(jié)了精密運算放大器的部分一般屬性。

2.2 精密運算放大器直流誤差預(yù)算分析

為了對高精度運算放大器電路中的各種誤差的大小形成一種概念，圖2對OP177F進行了一種簡單的室溫分析。放大器以反相輸入模式連接，其信號增益為100。示意圖中同時還展示了數(shù)據(jù)手冊中的關(guān)鍵規(guī)格。我們假定輸入信號為100 mV滿量程，相當于10 V的輸出信號。各種誤差源均經(jīng)標準化處理為滿量程，均以百萬分率(ppm)為單位。注意：百萬分(ppm)誤差=小數(shù)誤差× 10^6 = %誤差× 10^4。注意，VOS和IOS導(dǎo)致的失調(diào)誤差以及有限AVOL導(dǎo)致的增益誤差可通過系統(tǒng)校準予以消除。然而，因開環(huán)增益非線性度引起的誤差無法通過校準消除，結(jié)果會產(chǎn)生一個相對精度誤差，通常稱為分辨率誤差。分辨率誤差的另一個貢獻因素是1/f噪聲。

該噪聲始終都是存在的，會增加測量結(jié)果的不確定性。電路在室溫下的總體相對精度為9 ppm，相當于~17位分辨率。

也可以將若干個單電源運算放大器的性能與“金標準”O(jiān)P177進行比較，下面的圖3展示了一些代表性器件的比較結(jié)果。

注意，圖3放大器列表并不包括斬波運算放大器。

審核編輯：湯梓紅

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