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运放AD627电源抑制比的验证

2020-06-21 来源:乌哈旅游
运放AD627电源抑制比的验证

一、概念

电源抑制比(PSRR)的定义是电源电压的变化量(以伏为单位)与运放输出的变化量(以伏为单位)的比值,PSRR=ΔVsupply/ΔVout。一般用分贝表示,以dB表示时则称为电源电压抑制(PSR)。

通俗地说,如果n V的电源电压变化产生m V的输出电压变化,则该电源的PSRR(折合到输出端)为n V÷m V。此无量纲比值通常称为电源电压抑制比(PSRR)。

电源抑制比可分为直流电源抑制比(DCPSRR)和交流电源抑制比(ACPSRR)。 PSRR或PSR可折合到输出端(RTO)或输入端(RTI)。RTI值可用RTO值除以放大器增益得出。在传统运算放大器中,该值为噪声增益。请务必仔细阅读数据手册,因为PSR可能以RTO或RTI值表示。

表一和图一分别是AD627运放数据手册给出的直流和交流电源抑制比的数据。

PSRR G = +5 G = +10 G = +100 G = +1000

AD627A、AD627B 最小值 86 100 110 110 典型值 100 120 125 125 单 位 dB dB dB dB 表 一 AD627电源抑制比参数表

图 一 AD627电源抑制比与频率关系图

二、仿真

2.1 直流电源抑制比的仿真

图 二 AD627直流电源抑制比的仿真图

在AD627直流电源抑制比的仿真中,电源电压从36V变到2.5V的范围内,输出电压始终保持在1.714mV,则电源抑制比的仿真结果为:PSRR = ∞。 2.2 交流电源抑制比的仿真

图 三 10Hz时AD627交流电源抑制比的仿真图

图 四 1000Hz时AD627交流电源抑制比的仿真图

(在上图中,幅度大的是电源中的交流成分,4×500mV/Div;幅度小的为运放输出中的交流成分,它的幅度约为:1×50nV/Div。)

当频率在100Hz以内时,AD627的输出基本为直流,几乎看不出有交流成分;当频率为1000Hz时,输出中有50nV的交流成分。则,PSRR = 2V ÷ 50nV = 40000000 = 152dB。

此值大大优于表一中的直流数据,更好于图一中的数据。 输出中交流成分(nV) 交流电源抑制比(dB) 电源中交流成分(mV) 输出中交流成分(μV) 交流电源抑制比(dB) 1kHz 17.038 152.36 60kHz 703.41 48.875 83.16 5kHz 425.295 124.42 70kHz 10kHz 1695 112.41 80kHz 20kHz 706.82 6674 100.5 90kHz 678.29 78.733 78.71 30kHz 14599 93.7 40kHz 24869 89.06 50kHz 36627 85.69 电源中交流成分(mV) 707.087 707.078 707.027 706.449 705.862 704.943 100kHz 110kHz 120kHz 650.891 614.917 575.712 83.258 77.86 84.742 77.21 84.036 76.71 700.469 693.755 60.624 81.25 70.928 79.81 表 二 仿真时电源抑制比与频率的对照表

图 五 仿真时电源抑制比与频率的对应图

图五是表二的曲线表示图。图五与图一相比较,它们曲线有大致的共同趋势;但在数值上,图五比图一的数值大了约50dB。

三、实测

3.1 直流电源抑制比的实测

按照图二的电原理图,对运放AD627的直流电源抑制比进行实测: Vcc = 12.1477V时,Vo = 0.246mV;Vcc = 2.9009V时,Vo = 0.748mV。 则:PSRR = 9.2468V ÷ 0.502mV = 18419.92 = 85.3dB。此值较数据手册中的最小值偏小0.7dB。

3.2 交流电源抑制比的实测

按照图四的电原理图,对运放AD627的交流电源抑制比进行实测,数据如表三: 电源中交流成分(mV) 输出中交流成分(mV) 交流电源抑制比(dB) 电源中交流成分(mV) 输出中交流成分(mV) 交流电源抑制比(dB)

100Hz 353.21 0.036 79.83 50kHz 354.66 0.503 56.96 500Hz 354.54 0.034 80.36 60kHz 354.61 0.555 56.11 1kHz 354.58 0.038 79.4 70kHz 354.45 1.306 48.67 5kHz 354.55 0.039 79.17 80kHz 353.14 1.746 46.12 10kHz 354.58 0.065 74.74 90kHz 350.05 2.841 41.81 20kHz 354.58 0.070 74.1 100kHz 343.70 10.204 30.55 30kHz 354.61 0.121 69.34 110kHz 334.08 12.392 28.61 40kHz 354.63 0.230 63.76 120kHz 320.03 26.352 21.69 表 三 实测时电源抑制比与频率的对照表

图 六 实测时电源抑制比与频率的对应图

图六很接近图二中的曲线,但较手册的数值要差一点。 实测时运放电源端与输出端的波形如下图:

图 七 1kHz时运放电源端与输出端的波形

图 八 50kHz时运放电源端与输出端的波形

图 九 80kHz时运放电源端与输出端的波形

四、小结

4.1 电源电压的波动会对运放的输出造成一定的影响;电源中交流纹波的影响较直流变化大很多,且纹波电压的频率越高对运放输出造成的影响也越大。

仿真和实测都能得到与数据手册趋势相同的曲线图,而实测的数据更接近手册给出的数据。 4.2 对策

由于PSRR随频率的上升而下降,使得运放在输出端有很大的纹波噪声。为了提高电源抑制比,一个行之有效的办法是:在电源端与地之间并接电容。有条件的话可以并一个10~100μF的有极性电容和一个0.01~0.1μF的无极性电容。

另有一个简单的办法,但只适用于低功耗的运放。即在输入电源与运放的电源端之间串接一个小电阻(如下图十)。如果运放的工作电流小于5mA,则这个10欧电阻产生的压降小于50mV。

图 十 输入电源与电源端之间串接小电阻

这个电路的效果如下图十一,在100kHz时的频响为-36dB。这相当于给运放增加了36dB的PSRR。这个电阻的功耗损失换取这个效果有时还是值得的。

图 十一 图十电路的频响曲线

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