初级模拟电路：9-4 运放的数据规格书（v2）

624 0 0

作者:初级电路与软件研究

回到目录

在理解了上面的主要的运放非理想参数后，再读运放的数据规格书应该就不难了，下面我们以比较常见的LM321集成运放为例，来过一遍如何解读运放数据规格书。

1. 总体性能

一般来说，数据规格书的首页都会包含这个器件的重要特点，下图中对一些比较重要的需要解释的特点已用红线划出：

图9-04.01

首先是供电范围，从首页说明中可见，这款运放的供电范围为3V~32V，而且既可以单电源供电，又可以正负双电源供电。而且都跟你讲清楚了，双电源供电时从±1.5V到±16V都可以。

再有一个就是在首页特色中，它声明了此款器件有很低的输入偏置电流，这个我们后面在具体参数分析时就可以看到。

其他的就随便看看了，比如这款器件有输出短路保护，另外还可以用做单位增益跟随器等等（有些高性能的运放器件是不能用作单位增益跟随器的，会产生振荡）。总之，就是一款比较通用的器件。

这里顺便解释一下运放中“轨”（rail）的概念。简单来说，轨就是供电电压边界。比如，你对这个器件采用±5V双电源供电，那它的上轨就是+5V，下轨就是-5V。但是对于普通运放器件的来讲，它的输出是达不到满±5V的，一般总会小一点（比如只能输出±3.6V）。

但是有一种特殊的“轨至轨”（rail-to-rail）运放，它可以满幅输入输出，达到整个供电电压的边界，一般用于低电压供电的场合。不过轨至轨运放的输出电流都比较小，当输出较大电流时，可能达不到满幅的输出。

2. 具体参数性能

（1）极限性能

规格书中的表1提供了这款运放的极限最大额定值，如下图所示：

图9-04.02

这张表中，比较重要的就是前面几个供电参数：

• Supply Voltage：供电电压，表明了可最大承受的供电电压，表格中的数据为36V，这是个极限值，比前面器件首页介绍的正常可承受最大供电电压（32V）要稍微大一些。

• Input Voltage：这个是运放的两个信号输入端能承受的最大电压，表中最低限为下轨电压V_EE-0.3V，上限为32V。

• Input Current：这个输入电流是指运放的输入端最大能承受输入10mA的电流，不是指运放本身的功耗电流。

• Output Short circuit duration：表中这个值为continuous表明这个运放的输出端能承受输出端连续时间的短路，和前面首页中声明有输出短路保护的特色相呼应。但是同时也在备注Note1中启用了免责声明：虽然我这个产品有输出短路保护，但你也不能长时间的短路，因为长时间的短路会产生更多的热量，最终还是有可能因温度过高而损坏器件。

（2）推荐操作环境

表2为散热特性，这个我们在前面的已经讲过，可参阅前面二极管或BJT的数据规格书介绍章节。表3为推荐使用环境：

图9-04.03

其中比较重要的就是表3的最后一条：

• Common Mode Input Voltage Range：共模输入电压范围，为V_EE到V_CC-1.7V，比前面的“输入电压”范围要小，而且距电源正电压V_CC至少要空出1.7V。

（3）非理想特性参数

关于非理想特性的各个参数是体现运放性能的关键，在这份数据规格书中，给出了这个运放器件两种不同电压的供电条件下的测试数据表格，其中第三页的表4是在V_CC-V_EE=5V的供电条件下测得的，第四页的表5是在V_CC-V_EE=32V的供电条件下测得的。

我们以表4为例，由于原表格较长，我们把它拆分成三个部分来看：

● 输入特性参数：

与输入相关的非理想特性参数都在INPUT CHARACTERISTICS这个表中，其中的大多数我们在前面的小节已详细讨论过，这里粗略地过一遍：

图9-04.04

• V_OS：输入失调电压，前面我们已详细讨论过了，这里典型值为0.3mV；

• ΔV_OS/ΔT：输入失调电压的温漂，典型值为7uV/℃；

• I_IB：输入偏置电流，典型值为-10nA，负号表明这个偏置电流反而是从运放的输入端向外流出的；

• I_OS：输入失调电流，典型值为1nA，可见两个输入端的不平衡电流非常小；

• CMRR：共模抑制比，典型值为85dB，换算成比值约为：1085/20=17783倍；

• R_IN：开环输入阻抗，开环差模输入阻抗典型值为85GΩ，开环共模输入阻抗典型值为300GΩ，可见非常大。在闭环电路中，输入阻抗更大。

• C_IN：输入电容，差模输入电容典型值为0.6pF，共模输入电容典型值为1.6pF，这是一个很小的值，与导线的寄生杂散电容相似。关于输入电容对放大电路性能的影响，我们放到频率响应章再细讲。

● 输出特性参数：

与输出相关的非理想特性参数都在OUTPUT CHARACTERISTICS这个表中，大多数理解起来也不难，我们这里同样也粗略地过一遍：

图9-04.05

• A_{V_OL}：开环增益，典型值为100dB，换算成比值就是105=100000倍；

• Z_{OUT_OL}：开环输出阻抗，典型值为1200Ω，不算太大；

• V_OH：最高输出电压，典型值为V_CC-1.4V，也就是说，若V_CC接+5V电源，则运放的输出端最多只能输出3.6V电压；

• V_OL：最低出电压，典型值为V_EE+0.8V，含义与上面V_OH类似；

• I_o：输出端电流能力，这里分为“吸收电流（Sinking Current）能力”和“提供电流（Sourcing Current）能力”两栏分别给出数据，根据表中数据，其输出端最大能吸收的电流为20mA，最大能向外提供的电流为40mA；

• C_L：负载电容，为运放输出端与地之间的电容，典型值为1500pF。

● 其他参数：

剩下的参数我们就放在一起讲了，其中大多数与频率特性有关，我们要到频率响应章节才能详细展开解释它们的含义，这里仅仅粗略罗列一下：

图9-04.06

• e_N：电压噪声密度。关于噪声是个很庞大的话题，可能要到中级模拟电路里才能把噪声的问题讲清楚，这里我们仅简单解释一下如何使用这个参数。这个噪声是运放内部产生的噪声，并且会被电路的增益放大，进而影响到输出。表中已给出在1kHz范围内，其典型值是40nV/√Hz，当输入电压为0V时，在开环情况下，在输出端将会产生的噪声为：

如果是闭环情况，由于闭环增益比开环增益要小很多，因此根据上式算出的输出端噪声也会小很多。

• THD+N, GBWP, A_M, α_M, SR：这写参数都和频率响应相关，都要到频率响应章节才能详细展开讲。

• PSRR：电源抑制比，其含义为电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压该变量之比的绝对值。

• I_Q：静态电流，即运放不接负载时本身消耗的静态偏置电流，这里典型值为1.2mA。

3. 特性曲线

特性曲线中几乎有一半和频率响应相关，这里我们仅解释一些与频率无关的曲线。

● 翻转时间曲线：

图9-04.07

左图是输入电压为大电压（-2V~2V）时的输出特性翻转曲线，右图是输入电压为小电压（-0.05V~0.05V）时的输出特性翻转曲线，在对比中可看到，小电压翻转时，输出的响应时间要快得多。

● 静态消耗电流-温度曲线：

图9-04.08

图中用3种不同颜色显示了在不同的供电电压下，器件的静态消耗电流随温度变化的曲线。从图中可见，器件的静态消耗电流随温度升高而增加。

● 输入失调电压-共模输入电压曲线：

图9-04.09

上3图中，分别给出了在不同的供电电压（3V、5V、32V）条件下，“输入共模电压”对“输入偏置电压的影响”。

● 输入偏置电流-温度曲线：

图9-04.10

从图中可以看到，温度对“输入偏置电流”和“输入失调电流”的影响不大。

● 最高最低输出电压-输出电流曲线：

图9-04.11

上面6图分别给出了在不同的供电电压（3V、5V、32V）条件下，输出电流的大小对运放能输出的最高、最低电压的影响。左侧3图横坐标为输出端给出电流，影响运放的最高输出电压（纵坐标为V_CC与最高输出电压V_OH的差值）；右侧3图横坐标为输出端吸收电流，影响运放的最低输出电压（纵坐标为最低输出电压V_OL与V_EE的差值）。

在图中可见，输出端给出或吸收的电流越大，它能输出的极限输出电压绝对值越小。

回到目录

欢迎关注本博公众号，可方便在手机端访问和索引本博技术文章：