運算放大器的許多電子特性相互作用，相互影響。由於市場對低功耗應用的需求逐漸增大，如無線感應節點、 物聯網 (IoT) 和(he)樓(lou)宇(yu)自(zi)動(dong)化(hua)，因(yin)此(ci)為(wei)確(que)保(bao)同(tong)時(shi)滿(man)足(zu)終(zhong)端(duan)設(she)備(bei)性(xing)能(neng)優(you)化(hua)及(ji)功(gong)耗(hao)盡(jin)可(ke)能(neng)低(di)，了(le)解(jie)各(ge)電(dian)子(zi)特(te)性(xing)間(jian)的(de)平(ping)衡(heng)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。此(ci)係(xi)列(lie)博(bo)文(wen)包(bao)含(han)三(san)部(bu)分(fen)
，在(zai)第(di)一(yi)部(bu)分(fen)中(zhong)，我(wo)將(jiang)介(jie)紹(shao)在(zai)毫(hao)微(wei)功(gong)率(lv)精(jing)密(mi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)關(guan)於(yu)直(zhi)流(liu)增(zeng)益(yi)的(de)功(gong)率(lv)與(yu)性(xing)能(neng)表(biao)現(xian)的(de)平(ping)衡(heng)。

 

 

 

你也許還記得
，在學校中學到的運算放大器的典型反相（如圖1）和非反向（如圖2）增益配置。

 

 

圖1：反相運算放大器

 

 

圖2：非反相運算放大器

 

根據這些配置可分別得出反相和非反相運算放大器閉環增益等式，等式1和等式2：
          

 

等式中A_CL是閉環增益，R_F 是反饋電阻值，而R_2 是從負輸入端到信號（反相）或接地（非反相）的電阻值。

 

這些等式說明直流增益與電阻比有關，與電阻值無關。另外
，“功率”定律和歐姆定律顯示了電阻值和消耗功率兩者之間的關係（等式3）：

 

   

 

P是電阻消耗的功率，V是電阻的壓降


，I是流經電阻的電流。

 

對毫微功耗增益和分壓器配置而言
，Equation 3顯示，流經電阻的電流消耗最小，則消耗功率最小。Equation 4有助於你了解該原理：
 

 

 

R是電阻值。

 

根據這些等式，可以看出你必須選擇既可以提供增益又可以使消耗功率（也稱功耗）最小化的大電阻值。如果不能使流經反饋通道的電流最小化
，那麼使用毫微功耗運算放大器就沒有任何優勢可言。

 

一(yi)旦(dan)選(xuan)定(ding)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)增(zeng)益(yi)和(he)功(gong)耗(hao)需(xu)求(qiu)的(de)電(dian)阻(zu)值(zhi)後(hou)，你(ni)還(hai)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)其(qi)它(ta)影(ying)響(xiang)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)信(xin)號(hao)調(tiao)節(jie)精(jing)度(du)的(de)電(dian)子(zi)特(te)性(xing)。統(tong)計(ji)非(fei)理(li)想(xiang)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)固(gu)有(you)的(de)幾(ji)個(ge)係(xi)統(tong)性(xing)小(xiao)錯(cuo)誤(wu)，你(ni)將(jiang)會(hui)得(de)出(chu)總(zong)偏(pian)移(yi)電(dian)壓(ya)。電(dian)子(zi)特(te)性(xing)——V_OSbeidingyiweiyunsuanfangdaqishuruduanzhijiandeyouxianpianyidianya
，bingqiemiaoshuletedingpianzhidiandecuowu。qingzhuyi
，bingweijilusuoyouyunsuanqingkuangxiadecuowu。weici，bixukaolvzengyiwucha
、偏置電流、電壓噪聲
、共模抑製比(CMRR)

、電源抑製比(PSRR) 和漂移。本博文無法全麵討論涉及的所有參數
，我們將詳細討論一下 V_OS 和漂移，以及這兩者對毫微功率應用的影響。

 

實際上
，運算放大器通過輸入端展示V_OS，但有時在低頻（近似直流）精密信號調節應用中則可能是一個問題。 在電壓增益環節
，隨著信號被調節
，偏移電壓將上升，產生測量誤差。此外，V_OS的大小隨著時間和溫度（漂移）而變化。因此
，低頻應用需要相當高分辨率的測量方式，選擇一款配備最低漂移的精密 (V_OS ≤ 1mV)運算放大器非常重要。

 

等式5計算了與溫度相關的最大V_OS：

 

             

 

 

我已經介紹了理論部分，如：為wei低di頻pin應ying用yong選xuan擇ze可ke以yi提ti高gao增zeng益yi比bi和he運yun算suan放fang大da器qi精jing度du的de大da電dian阻zu值zhi，現xian在zai我wo將jiang用yong兩liang引yin線xian電dian化hua電dian池chi來lai做zuo出chu實shi例li解jie釋shi。兩liang引yin線xian電dian化hua電dian池chi常chang發fa出chu低di頻pin的de小xiao信xin號hao，用yong在zai各ge種zhong便bian攜xie式shi感gan應ying設she備bei上shang
，如ru氣qi體ti檢jian測ce儀yi、血糖監測儀等，選擇一款低頻(<10kHz) 毫微功耗運算放大器。

 

用氧氣傳感（見圖 3） 作為具體的應用實例，假設感應器的最大輸出電壓為10mV（通過製造商指定的負載電阻將電流轉換成電壓R_L) ，則運算放大器的滿量程輸出電壓為1V。通過Equation 2，可以看出 A_CL  的值需要為100，或者R_F是R_2的100倍。分別選擇100MΩ電阻和1MΩ電阻，得出增益值為101，且電阻值足夠大到可以限製電流並最小化功耗。

 

 

圖3：氧氣傳感器

 

為最小化偏移誤差，LPV821零漂移毫微功耗運算放大器是一款理想器件。 使用Equation 5並假設操作溫度範圍為0°C—100°C，該器件產生的最大偏移誤差為：

 

 

另一款理想的器件是LPV811精密毫微功耗運算放大器。從其數據表收集必要數值插入等式5可以得出：

 

 

（請注意，LPV811數據表未指明偏移電壓偏移的最大上限，因此在此處使用典型值）。

 

如果使用通用的毫微功耗運算放大器取代
，如TLV8541 ，相關值變化會得出：

 

 

（TLV8541數據表未指明偏移電壓偏移的最大上限，因此在此處仍使用典型值）。

 

如你所見，LPV821運算放大器是這個應用的理想選擇。電流消耗為650nA的LPV821可以感應到氧氣傳感器輸出電壓低至18µV或更低的變化，並隻有2.3mV的最大偏移增益誤差。如果需要同時滿足極高精密性和毫微功耗，零偏移毫微功耗運算放大器將是你的最佳選擇。


推薦閱讀：
深度解析汽車電子設備的電磁兼容設計
詳細解讀可控直流電源有哪幾種

？
LED倒裝到底好不好？為什麼要用倒裝
微信運動中的機械原理你知道哪些？