运放电路设计中无源元件的选择

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1、运放电路设计中无源元件的选择

2、第1...以往我们的设计总是集中在运放本身的规范上,但常常是无源元件会成为系统性能的主要限制。本文将集中讨论在集成运放电路设计中,应如何正确地选择无源元件,以使运放电路获得较高的性能。电阻最基本的电路元件是电阻，在电路中（不闭合的），电阻的特性是由欧姆定律V=IR来描述的。目前的大多数通用系统都是基于12位精度和特性的，这就要求能精确地定义212=4096个不同的电平，为了保证每个电平的唯一确定，必须使这些量中的每一个都精确到±1/2LSB。这就意味着在很多应用中，即使精确到±0.012％的误差和漂移，也能使性能降低到不

3、能接受的程度。例如，如果我们希望把一个0到100mV的信号放大100倍，用来供给一个具有0到10V输入范围的12位A/D转换器来变换，可以使用图1电路。电阻的初始公差可以通过校准或选择来补偿，因而可以把初始增益精度设置成所要求的任何公差500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">下一个问题是全温范围内的稳定性问题，大多数用户会认识到电阻的绝对温度系数不是很关键的，只要那两个电阻有匹配的温度系数。温度系数约为1500ppm/℃的碳质电阻显然是不适宜的，即使温度系数能够匹配到€?％（不大

4、可能），15ppm/℃的温度系数也是不适宜的。1/2LSB（0.012％）对应于120ppm，施加于这两个电阻上的8℃温度变化而引起的增益漂移如图2所示。购买绝对温度系数为10到100ppm/℃之间的金属膜电阻相对较为容易。规定电阻对温度系数跟踪到2～10ppm/℃也是颇为平常的，例如，假定我们购买了绝对温度系数为50ppm/℃完全匹配的RN55C电阻，问题能解决吗?500)this.style.ouseg(this)">这个影响甚至不是线性的，在一半幅度的情况下：500)this.style.ouseg(this)">放大器电路的传递函数如图3所示

5、。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">由于误差的3/4出现在超过工作范围的1/2，这种放大器电路的传递函数不是线性的。为了解决这个问题，在选择电阻时有五个重点要考虑的问题：1.严格匹配温度系数2.低的绝对温度系数3.低的热阻（较高的额定功率——较大的外壳）4.低的电压阻尼系数5.匹配电阻的紧密热耦合（一个封装——电阻网络）线绕电阻常被用在精密电路中，如果不能充分了解它们，这些电阻可能引起显著的误差。大多数精密线绕电阻或者是用标准方法，或者是用无感方法绕制的。从感抗最小的观点来

6、看，后者是可取的。这类电阻对于阻值低于10kΩ的情形，仍然有一点电感（约为20μH），电阻值在10kΩ以上，实际上会呈现出并联电容（5pF左右）。所以需要考察电阻接到导线材料上的端头，在两种不同的金属接合处将产生热电动势，因而在精密电路中可能会出现问题。标准的精密线绕电阻使用的导线材料称为“Alloy180”（77％的铜，23％的镍），当把它接到电阻线上时将产生42μV/℃的热电势。如果两个端点保持在同一温度下，就不会有静态误差产生。但是如果电阻垂直安装，电阻的顶端和底端就不大可能处在同样的温度下，由于电阻的耗散功率（由信号电压引起的），热量会上升，

7、并产生一个误差电压。镀锡的铜引线（通常是专用工艺得到的），能把热电势降到2.5μV/℃，所以对于精密电路来讲这是一个很值得的选择。用于高阻抗环境的电阻的选择是很关键的，大兆欧电阻应是碳膜或陶瓷淀积氧化物的，以便在低噪声和高稳定性方面获得最好的性能。大兆欧电阻的最好封装是用硅树脂漆喷射的玻璃体，以便使湿气的影响减至最小。这种电阻必须处理得非常仔细，以防止表面沾污。各电阻的优缺点摘要如表1所示。电容电容器是另一种基本的电子元件，实际使用时可能是不理想的，因而会损害了电路的性能。考虑到尺寸和成本，大多数实用的、大数值的电容都是电解型的(等效电路如图5)，可

8、见，这样的电容特别适用于滤除低频噪声：Z=RC+jωLC+1/jωC当频率增加时，电解电容的容抗将降低，直到感抗等于容抗为止，取决于所用的电解电容的确切型号，它可能出现在大约1MHz的频率处。对于高频旁路,要求选用不同型号的电容,通常是推荐一种廉价的、小型陶瓷电容（0.01～0.1μF）。在1MHz处，0.1μF电容的容抗是1.6Ω，但是应注意，廉价的陶瓷电容多半不都只是“容”性的。陶瓷电容有很多功用，优良NPO（负-正-零温度系数）器件有±30ppm/℃的温度系数，并且相对较便宜。但是陶瓷电容不是灵丹妙药，取决于用作结构材料的陶瓷介质成分,它们有0

9、.1％到1％,甚至更多的介质吸收（D.A.）作用。500)this.style.ouseg(this)">5