教你从4个维度7个指标选取适合你的电源运放
01
输入输出范围
轨到轨运放，想必大家都不陌生。
供电电源轨
power rail
什么是供电电源轨？
运放供电电压，决定运放处理信号的范围。
轨到轨指的是，运放输入输出范围，可以摆到电源轨。
如下图所示：
为什么会有非轨到轨特性？
输入：差分基本放大电路，mos/bjt在输入电压（共模）较大时，进入非线性区，导致非轨到轨现象产生。
输出：甲乙类功率放大电路，bjt的饱和电压、二极管的forward压降，导致此现象产生。
非轨到轨特性对电源设计的影响？
在下最早接触电力电子设计时，碰到过这种情况。选用某非轨到轨运放，输入正弦波，输出突然被削顶。
而后突然惊觉。竟选用非轨到轨运放。难怪如此。说起来抽象，直接上图：
结论1：
结论：在现今cmos电平横行年代，轨到轨特性尤为重要！
02
频率特性(速度)
1
带宽增益积
gbw: gain bandwidth product
什么是gbw？
运放开环带宽为1时的频率，亦称为单位增益带宽。
啰嗦一句，这里工程师，经常把gbw误称为带宽。真实的两个概念，运放一般给出带宽增益积的指标。
gbw对电源采样电路有哪些影响？
仍以差分放大电路为例。不考虑误差时，增益为r2/r1，某次应用中，你突然发现，放大100khz信号，为何增益小于r2/r1？
这时你要问自己，设计电路时，考虑gbw了吗？
以某运放为例：
gbw=1mhz,aol=100khz=20db(10倍)。
以闭环系统思路分析：
你的期望是: 100khz信号能完整放大10倍（理论上r2/r1=10）
实际情况是: 增益g=5，因为开环增益不够的缘故。
结论2
gbw越大，一般某频率处，开环增益越大，理论增益和实际增益差距越小。
2
压摆率
sr: slew rate
什么是sr？
运放输出电压的转换速率。
通常单位为v/us
sr怎样考量？
如果，某信号需要快速保护，摆率会影响这个信号的延迟。
结论3
快速运放摆率大，适合做快速保护。
03
精度
1
输入失调电压vos
offset voltage
什么是输入失调电压vos？
简单解释：为了使输出电压为零，在输入端施加的差分电压。
为什么会有输入失调电压vos？
运放输入级，bjt/cmos组成的差分放大电路，理论上完全对称。
然而，受工艺所限，不匹配的输入级，导致了输入失调电压。
vos对电源的影响？
以差分放大电路为例:
理论增益为：
考虑失调电压后增益为：
多大影响，一算便知~
结论4
输入失调电压会影响精密度，对于精确度较高的应用，选取失调电压小的运放。
2
输入偏置电流
bias current
什么是输入偏置电流ibias？
运放输入端p/n输入电流之和。
为什么存在输入偏置电流ibias？
运放输入是差分放大电路，那想让它工作，得给人静态工作点吧。
输入偏置电流，便由输入级直流工作点引入。
ibias对电源采样调理电路的影响？
仍以差分放大电路分析：
考虑偏置电流，放大倍数为：
因此，理论上，只要电阻参数完全相等，输入偏置电流对差分放大电路，没有任何影响。
但其他运放典型应用呢？以反相比例放大电路(r*=0)为例：
考虑偏置电流，放大倍数为：
结论5
输入偏置电流可以通过差分、添加补偿电阻去除。
04
抗扰度
1
共模抑制比
cmrr: common mode rejection ratio
什么是共模抑制比cmrr？
差分信号放大倍数/共模信号放大倍数
也许一般人不重视这个参数，但是，当你的调理电路，被开关噪声，干扰的一塌糊涂，你就懂这个痛了。
结论6
越大的cmrr，对抑制开关噪声（共模干扰），越有效果。
2
电源抑制比
psrr: power supply rejection ration
什么是电源抑制比psrr？
电源信号/对应的输出电压。
也许还有人，也不重视这个参数，但是当你发现，输出叠加辅助电源的开关次信号，你就懂了。
在下当年调电路时，发现运放输出，总是叠加一个很小的纹波，和辅电开关频率一致，我陷入了沉思…
结论7
psrr越大，辅电对运放输出影响越小。
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首次发现高压下二氧化硫的非晶多形态相变
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供电电源轨
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轨到轨指的是，运放输入输出范围，可以摆到电源轨。
如下图所示：
为什么会有非轨到轨特性？
输入：差分基本放大电路，mos/bjt在输入电压（共模）较大时，进入非线性区，导致非轨到轨现象产生。
输出：甲乙类功率放大电路，bjt的饱和电压、二极管的forward压降，导致此现象产生。
非轨到轨特性对电源设计的影响？
在下最早接触电力电子设计时，碰到过这种情况。选用某非轨到轨运放，输入正弦波，输出突然被削顶。
而后突然惊觉。竟选用非轨到轨运放。难怪如此。说起来抽象，直接上图：
结论1：
结论：在现今cmos电平横行年代，轨到轨特性尤为重要！
02
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1
带宽增益积
gbw: gain bandwidth product
什么是gbw？
运放开环带宽为1时的频率，亦称为单位增益带宽。
啰嗦一句，这里工程师，经常把gbw误称为带宽。真实的两个概念，运放一般给出带宽增益积的指标。
gbw对电源采样电路有哪些影响？
仍以差分放大电路为例。不考虑误差时，增益为r2/r1，某次应用中，你突然发现，放大100khz信号，为何增益小于r2/r1？
这时你要问自己，设计电路时，考虑gbw了吗？
以某运放为例：
gbw=1mhz,aol=100khz=20db(10倍)。
以闭环系统思路分析：
你的期望是: 100khz信号能完整放大10倍（理论上r2/r1=10）
实际情况是: 增益g=5，因为开环增益不够的缘故。
结论2
gbw越大，一般某频率处，开环增益越大，理论增益和实际增益差距越小。
2
压摆率
sr: slew rate
什么是sr？
运放输出电压的转换速率。
通常单位为v/us
sr怎样考量？
如果，某信号需要快速保护，摆率会影响这个信号的延迟。
结论3
快速运放摆率大，适合做快速保护。
03
精度
1
输入失调电压vos
offset voltage
什么是输入失调电压vos？
简单解释：为了使输出电压为零，在输入端施加的差分电压。
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然而，受工艺所限，不匹配的输入级，导致了输入失调电压。
vos对电源的影响？
以差分放大电路为例:
理论增益为：
考虑失调电压后增益为：
多大影响，一算便知~
结论4
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2
输入偏置电流
bias current
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因此，理论上，只要电阻参数完全相等，输入偏置电流对差分放大电路，没有任何影响。
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结论5
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04
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1
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2
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也许还有人，也不重视这个参数，但是当你发现，输出叠加辅助电源的开关次信号，你就懂了。
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