运算放大器增益误差设计指南

作者：Bonnie Baker，德州仪器 (ti)，高级应用工程师
您坐下来为您的电路选择合适的运算放大器 (op amp) 时，首先要做的便是确定系统通过该放大器进行传输的信号带宽。一旦您确定下来这一点，您便可以开始寻找正确的放大器。来自高速设计专家的告诫是：您应该避免使用相对您的应用而言速度过快的模拟器件。因此，您要尽量选择一种闭环带宽稍高于信号最大频率的放大器。
它听起来好像是一种较好的产品选择方案，但是这种设计方法将可能会给您的应用板带来灾难性的后果。在实验室中，您可能会发现当您将应用最大频率的输入正弦波信号置入系统时，您放大器的输出信号并未穿过希望的全刻度模拟范围。信号增益远低于预期。您放大器的转换速率等级超出所需。另外，您并没有驱动放大器输出至电源轨中。哪里出错了呢？
不要再反复检查您的电阻值了！在增益单元中设计某个放大器时，为这项工作选择备选放大器时您需要了解一些事情。例如，您的信号最大带宽 (SBW) 是多少？放大器闭环噪声增益 (NG) 是多少，以及考虑中的放大器的增益带宽产品 (GBWP) 是什么？另外，您想要容许多少增益误差？闭环噪声增益就是放大器增益，就像一个小电压源与运算放大器同相输入串联。
让我们通过例子来说明这个问题。例如，以1 MHz信号带宽 (SBW) 开始，图 1 所示放大器电路噪声增益（NG = 1 + 9R/R）为10V/V。图1还显示了具有相对于该电路刚好足够带宽的放大器的开环频率响应；或者您认为合适的开环频率响应。放大器 GBWP 为 16 MHz。

图 1 该电压反馈放大器的开环增益和闭环增益具有 16 MHz 的增益带宽产品和 10 V/V 的电路噪声增益。
由图 1 所示可知，像它这样的运算放大器可以支持 1 MHz 频率 10 V/V (20 dB) 的增益，但我们需要进一步研究。SBW 开环增益曲线的增益为：

在我们的例子中，1 MHz频率下放大器的开环增益 (AVOL-SBW) 等于 16 V/V。但是，没什么好抱怨的。该电路的闭环增益误差等于 NG/(AOL-SBW + NG)。在我们的例子中，1 MHz 闭环增益误差等于 0.385，即 38.5% 的增益误差！
就该电路而言，如果您想要容许放大器 0.05 的增益误差，同时您知道因产品和温度的不同，放大器的 GBWP 会改变 30% 最大值，则您需要一个具有 247 MHz GBWP 的放大器。产品选择部分的指导公式如下：

在为您的电路选择放大器时，请使用该公式获得一次过关。在您确定放大器的带宽以后，您便可以开始深入研究您应用的其它重要放大器特性，例如：电压补偿或噪声。

参考文献


1. 《增益误差会影响运算放大器的选择》，作者：Bendaoud, Soufiane，Planet Analog，2006 年 7 月
2. 《运算放大器增益分析》，作者：Mancini, Ron，EDN，2000 年 12 月 7 日