如何选择运放电路设计中的无源元件

2011-12-14 10:51

　　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。

　　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10 V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。

　　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€？％（不大可能），15p pm/℃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？

　　这个影响甚至不是线性的，在一半幅度的情况下：

　　放大器电路的传递函数如图3所示。

　　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：

　　严格匹配温度系数

　　低的绝对温度系数

　　低的热阻（较高的额定功率——较大的外壳）

　　低的电压阻尼系数

　　匹配电阻的紧密热耦合（一个封装——电阻网络）

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