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为什么运放会产生交越失真?

时间:2024-05-08    浏览:49
有工程师表示遇到过,用示波器采集运放的输出波形时,在某一输入电压处,原本很完美的正弦波出现了一点失真的情况,但不知是运放的原因还是其他外在原因。在了解工程师使用的运放类型之后,笔者得出结论:运放出现了输入的交越失真现象。

大部分工程师可能对这个现象很陌生,甚至没有听过这个名词。本文将会系统且完整地介绍运放的交越失真:它产生的原因、运放的基本工艺架构对交越失真的影响,以及针对交越失真我们如何进行改善。

运放基于工艺的分类

运放基于工艺方面基本可以分为:Bipolar、JFET、CMOS三种架构类型,也有基于以上三种类型衍生出来的BiFET和CMOS zero-drift架构,每种架构各有各的优点,本章节主要是针对三种基本的架构进行阐述。


上图(图3)是ADA4530-1内部输入架构,信号输入后直接进入一对MOSFET管子。同样作为电压控制型器件,MOSFET相比JFET而言,输入阻抗更高,因此做出的运放在失调电流以及偏置电流方面的参数更好。MOSFET对于静电放电抵抗能力不佳,这类器件在运放电路中,前端通常需要添加上二极管(如上图图3黄框所示)进行保护,MOSFET的沟道在表面,不像JFET在体内,故JFET型输入的运放在噪声方面性能更优异。

上图(图3)ADA4530-1输入级只有一对MOSFET管,所以输入只能达到下轨,在单4.5V供电的情况下,输入电压范围0-3V。

以上介绍运放的三种基本架构中,多次提到一个参数:输入电压范围。这关系到运放的一个性能:轨到轨 (Rail To Rail),包含了输入轨到轨以及输出轨到轨。在实际应用中,工程师很关心输入电压范围该参数。因为当前很多强调低功耗的应用,需要低电压供电。比如:对于3.3V供电系统来说,如果运放输入不能轨到轨,输入的电压动态范围会被压缩到很低。