電源適配器電壓和電流

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電源適配器電壓和電流

電源適配器電壓定義為可使放大器工作在線性區(qū)的可接受的VDD（或+VCC）和VSS（或-VCC）之間的差值。如果電壓差小于規(guī)定值，則放大器很可能無法可靠地工作。如果電源適配器電壓高于規(guī)定值，雖然放大器可以按預(yù)期工作，但由于施加給放大器內(nèi)晶體管的電壓過大，很可能導(dǎo)致器件損壞。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊的參數(shù)表中，通常會給出該放大器的絕對較大額定值（AbsoluteMaximumRatings），放大器的電源適配器電壓一定不能夠超過該數(shù)值。例如，OPA690的電源適配器電壓較大額定值為±6.5V。
電源適配器電流（IDD、IQ或ICC）指定為空載條件下的電流。通常，當(dāng)放大器帶有負(fù)載時，拉電流主要會從VDD引腳輸出，流經(jīng)運(yùn)放的輸出級然后流向負(fù)載，而灌電流主要會導(dǎo)致VSS增加。
電源適配器參數(shù)（VSS、VDD和IDD、IQ）通常作為獨(dú)立項(xiàng)出現(xiàn)在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊的參數(shù)表中。該參數(shù)偶而也會作為PSRR參數(shù)的測試條件。圖所示為［1］THS4011、THS4012數(shù)據(jù)表的電源適配器參數(shù)。

電源適配器抑制比（PSRR）
1.電源適配器電壓抑制比的定義
電源適配器抑制比（PSRR，PowerSupplyRejectionRatio）是與電源適配器抑制比參數(shù)kSVR相同的。它被定義為電源適配器電壓的改變量與由此引起的輸入失調(diào)電壓改變量之比的絕對值。在一般情況下，電源適配器的兩個端電壓是對稱變化的。它的單位是分貝（dB）。

電源適配器電壓會影響到輸入差分對的偏置點(diǎn)。由于輸入電路固有不匹配，偏置點(diǎn)的改變會引起失調(diào)電壓的改變，進(jìn)而引起輸出電壓的改變。

對于雙電源適配器運(yùn)放，PSRR＝ΔVCC±/ΔVOS或者ΔVDD±/ΔVOS。ΔVCC±中的正負(fù)號表示正負(fù)電源適配器是對稱地改變的。對于單電源適配器運(yùn)放，PSRR＝ΔVCC/ΔVOS或者ΔVDD/ΔVOS。同時還應(yīng)該看到，PSRR的生成機(jī)理是與共模抑制比CMRR相同的。因此，在數(shù)據(jù)手冊中，PSRR也被歸入直流參數(shù)。當(dāng)把PSRR與頻率的關(guān)系畫成曲線時，這條曲線將隨頻率的增加而下降。
如果改變運(yùn)放的供電電壓，其輸出電壓本不應(yīng)該發(fā)生變化，但是實(shí)際上它的確會有變化。如果供電電壓改變X伏時引起的輸出電壓變化量與差分輸入改變Y伏引起的輸出變化相等，那么運(yùn)放的PSRR=X/Y。在PSRR的定義中，假設(shè)電源適配器正負(fù)電壓同時向相反方向改變同樣的大小，否則將引起共模變化，令分析更為復(fù)雜。PSRR不同，對電源適配器正負(fù)電壓的抑制效果也不同。

2.電源適配器電壓波動對輸出電壓的影響
電源適配器電壓波動對輸出電壓有直接的影響。
〖舉例〗對于電池供電的放大器電路要求運(yùn)放必須具有良好的電源適配器抑制性能。在圖1.1.2所示電路中，使用電池來為放大器供電，放大器被配置為具有高閉環(huán)增益101V/V。

在電池的生命周期中，隨著使用時間的推移，電池的輸出電壓會從5.75V逐漸降至4.75V。如果該放大器的電源適配器抑制比為500μV/V（或66dB），隨著時間推移，放大器輸出端的誤差將為50.5mV。在一個滿量程為4.096V的12位系統(tǒng)中，這相當(dāng)于在電池的生命周期中，失調(diào)電壓變化量的50.5倍。

PSR（V/V）=ΔVOS/ΔVSUPPLY
VOUT=（1+RF/RIN）（VIN+VOS）

在電池供電應(yīng)用中，可以看見電池供電電壓會在電池的整個生命周期中變化幾百毫伏。若將此類應(yīng)用中運(yùn)放配置為高閉環(huán)增益，則要求運(yùn)放必須具有良好的電源適配器抑制性能。

3.電源適配器抑制比的頻率響應(yīng)
電源適配器抑制比參數(shù)量化了放大器對電源適配器變化的敏感度。理想情況下，電源適配器抑制比應(yīng)該是無窮大。一般放大器的電源適配器抑制比的范圍為60～100dB。
與放大器的開環(huán)增益（AOL）特性一樣，PSRR也是頻率的函數(shù)，隨著頻率的升高，PSRR的數(shù)值開始下降。如圖1.1.3所示［4］，電源適配器產(chǎn)生的變化（或者噪聲，疊加在電源適配器上的噪聲也會引起電源適配器電壓的變化）在1kHz以下，＋PSRR約為130dB；之后，隨著頻率的上升，PSRR不斷下降。而-PSRR隨著頻率的上升，不斷下降。很明顯，對高頻電源適配器變化（噪聲）的抑制能力要低于對直流和低頻電源適配器變化（噪聲）的抑制能力。

注意：開關(guān)電源適配器產(chǎn)生的噪聲頻率為50～500kHz或者更高。在這些頻率范圍，PSRR的幾乎為零。所以，在電源適配器上的噪聲會引起運(yùn)算放大器在輸出端產(chǎn)生噪聲。對此，必須采用適當(dāng)?shù)呐月罚ㄈヱ睿┘夹g(shù)。
在閉環(huán)系統(tǒng)中，放大器的電源適配器抑制能力略低于理想情況，它表現(xiàn)為失調(diào)電壓誤差的形式（PSRRERROR=ΔVOS）。描述這一誤差的公式如下：

PSRR（dB）=20lg（ΔVSUPPLY/ΔVOS）

描述電源適配器抑制能力的公式為
PSR（V/V）=ΔVOS/ΔVSUPPLY
式中，VSUPPLY=VDD-VSS；ΔVOS表示電源適配器電壓變化ΔVSUPPLY時，引起輸出電壓變化ΔVO折合到輸入端的失調(diào)電壓，ΔVOS＝ΔVO/ΔAvd。ΔAvd為放大器的直流放大倍數(shù)。

〖舉例〗帶有較小5倍增益的寬電源適配器范圍、軌到軌輸出儀器放大器INA827的PSRR（電源適配器抑制比）與增益和頻率的關(guān)系［5］如圖1.1.4所示，±PSRR（電源適配器抑制比）隨著增益的增加而加大，隨著頻率的增加而減小。