集成电路原理及应用(第3版)
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1.5 实际运放与理想运放的误差

实际集成运放不能达到完全“理想”的条件,而只能渐渐地趋于这些“理想”条件,也就是说“理想运放”是不存在的。实际运放和理想运放总存在着“偏差”,如实际集成运放的开环差模电压增益不是无穷大,而是一个有限值;实际集成运放的输入电阻不是无穷大;输出电阻不可能为零;失调电压、失调电流、温漂、噪声等不是零;共模抑制比不是无穷大,而为有限值等。随着集成电路技术的发展,在某一项或某几项集成电路的性能方面,实际集成运放越来越接近理想集成运放,但无论如何,实际集成运放和理想集成运放都会存在“偏差”,只不过不同的运放,“偏差”程度不同而已。本节以AdAcUos等部分参数为例介绍实际集成运放和理想集成运放的误差。

1.5.1 Ad为有限值时实际运放和理想运放的误差

实际运放的Ad不是无穷大,而是有限值,实际运放和理想运放存在误差,“虚地点”要移动。下面分析运放的其他条件均为理想条件,只有Ad不理想即Ad为有限值时的情况。

Ad为有限值时,集成运放的输出电压为

而理想运放的U--U+=0,所以实际集成运放的“虚地点”要产生移动。图1-5-1等效于在实际运放里面套有一个理想运放,

图1-5-1 考虑Ad影响后的实际运放模型

由图1-5-1可知

式(1-5-4)可整理为

由式(1-5-3)可得

式(1-5-6)表明,实际运放的虚地点不在M点,而是移动到N点。所以,当Ad为有限值时分析运放电路,要用图1-5-1所示的运放电路。

1.5.2 Ac为有限值时实际运放和理想运放的误差

下面再讨论运放的其他参数为理想条件,而AcAd不是理想条件的情况,即Ac不为零,Ad为有限值。

Ad为有限值、Ac不为零时,集成运放的输出电压为

将CMRR=代入得

,则得

而理想运放U--U+=0。所以,当同时考虑Ad为有限值、Ac不为零时,虚地点要再次发生移动,如图1-5-2所示。

图1-5-2 考虑AdAc影响后的实际运放模型

下面再求虚地点的位置,由图1-5-2可得

整理式得

由式(1-5-9),可得

式(1-5-12)表明,实际运放的虚地点不在M点,而是移动到了P点。所以,当Ad为有限值、Ac不为零时分析运放电路,要用图1-5-2所示的运放电路。

1.5.3 Uos不为零时实际运放和理想运放的误差

下面再讨论运放的其他参数为理想条件,而Uos不是理想条件的情况,即Uos不为零的情况。

理想的运放电路,当零输入时,应是零输出,但实际运放电路并非如此,当零输入时,输出并不为零。

Uos不为零、同时考虑Ad为有限值时,集成运放的输出电压为

如果再假定Ad为无穷大,则有

因此引入失调电压Uos后,实际集成运放的虚地点要从M点移到Q点,如图1-5-3所示。所以,当Uos不为零时分析运放电路,要用图1-5-3所示的运放电路。

图1-5-3 考虑Uos存在后的实际运放等效模型

当同时考虑Ad为有限值、Ac不为零、Uos不为零时,实际运放的等效电路如图1-5-4所示。如果再考虑实际运放的其他参数的影响,“虚地点”还将进一步移动。

图1-5-4 考虑AdAcUos影响后的实际运放模型