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定值，雖然放大器可以按預期工作，但由于施加給放大器內晶體管的電壓過大，很可能導致器件損壞。在產品數據手冊的參數表中，通常會給出該放大器的絕對最大額定值（AbsoluteMaximumRatings），放大器的電源適配器電壓一定不能夠超過該數值。例如，OPA690的電源適配器電壓最大額定值為±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，當放大器帶有負載時，拉電流主要會從VDD引腳輸出，流經運放的輸出級然后流向負載，而灌電流主要會導致VSS增加。
電源適配器參數（VSS、VDD和IDD、IQ）通常作為獨立項出現在產品數據手冊的參數表中。該參數偶而也會作為PSRR參數的測試條件。圖所示為［1］THS4011、THS4012數據表的電源適配器參數。

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。由于輸入電路固有不匹配，偏置點的改變會引起失調電壓的改變，進而引起輸出電壓的改變。

對于雙電源適配器運放，PSRR＝ΔVCC±/ΔVOS或者ΔVDD±/ΔVOS。ΔVCC±中的正負號表示正負電源適配器是對稱地改變的。對于單電源適配器運放，PSRR＝ΔVCC/ΔVOS或者ΔVDD/ΔVOS。同時還應該看到，PSRR的生成機理是與共模抑制比CMRR相同的。因此，在數據手冊中，PSRR也被歸入直流參數。當把PSRR與頻率的關系畫成曲線時，這條曲線將隨頻率的增加而下降。
如果改變運放的供電電壓，其輸出電壓本不應該發生變化，但是實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，那么運放的PSRR=X/Y。在PSRR的定義中，假設電源適配器正負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，令分析更為復雜。PSRR不同，對電源適配器正負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位系統中，這相當于在電池的生命周期中，失調電壓變化量的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。若將此類應用中運放配置為高閉環增益，則要求運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
電源適配器抑制比參數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。
與放大器的開環增益（AOL）特性一樣，PSRR也是頻率的函數，隨著頻率的升高，PSRR的數值開始下降。如圖1.1.3所示［4］，電源適配器產生的變化（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：開關電源適配器產生的噪聲頻率為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算放大器在輸出端產生噪聲。對此，必須采用適當的旁路（去耦）技術。
在閉環系統中，放大器的電源適配器抑制能力略低于理想情況，它表現為失調電壓誤差的形式（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電壓，ΔVOS＝ΔVO/ΔAvd。ΔAvd為放大器的直流放大倍數。

〖舉例〗帶有最小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。