运放的主要参数及选型.docx

运放的主要参数介绍 本节以 《中国集成电路大全》 集成运算放大器为主要参考资料， 同时参考了其它相关资料 .集成运放的参数较多，其中主要参数分为直流指标和交流指标其中主要直流指标有输入失调电压、 输入失调电压的温度漂移 （简称输入失调电压温漂）、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移（简称输入失调 电流温漂）、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰 -峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压主要交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率 SR全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗1 .直流指标输入失调电压 VIO ：输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时，两个 输入端之间所加的补偿电压 输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性， 对称性越好， 输入失调电压越小输入失调电压是运放的一个十分重要的指标，特 别是精密运放或是用于直流放大时 输入失调电压与制造工艺有一定关系， 其中双极型工艺 （即上述的标准硅工艺）的输入失调电压在土 1~10mVfc问；采用场 效应管做输入级的， 输入失调电压会更大一些 对于精密运放， 输入失调电压一般在 1mV 以下。

输入失调电压越小， 直流放大时中间零点偏移越小， 越容易处理 所以对于精密 运放是一个极为重要的指标输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）a VIO:输入失调电压的温度漂移定义为在给定的温度范围内， 输入失调电压的变化与温度变化的比值 这个参数实际是输入失调电压的补充， 便于计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小一般运放的 输入失调电压温漂在± 10~20仙V/ C之间,精密运放的输入失调电压温漂小于± 1 aY/C输入偏置电流 IIB ：输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其 两输入端的偏置电流平均值 输入偏置电流对进行高阻信号放大、 积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响输入偏置电流与制造工艺有一定关系，其中双 极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入偏置电流在土 10nA~10之间；采用场效应管做输入级的，输入偏置电流一般低于 1nA输入失调电流 IIO ：输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其 两输入端偏置电流的差值输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性， 对称性越好，输入失调电流越小输入失调电流是运放的一个十分重要的指标，特别是 精密运放或是用于直流放大时。

输入失调电流大约是输入偏置电流的百分之一到十分之一 输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响，特别是运放 外部采用较大的电阻（例如10k或更大时），输入失调电流对精度的影响可能超过输入 失调电压对精度的影响输入失调电流越小，直流放大时中间零点偏移越 小，越容易处理所以对于精密运放是一个极为重要的指标输入失调电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）：输入偏置电流的温度漂移定义为在给定的温度范围内， 输入失调电流的变化与温度变化的比值这个参数实际是输入失调电流的补充， 便于计算在给定的工作 范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小输入失调电 流温漂一般只是在精密运放参数中给出，而且是在用以直流信号处理或是小信号处理时才需要关 注差模开环直流电压增益：差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时， 运放输出电压与差模电压输入电压的比值由于差模开环直流电压增益很大，大多数运放的差模开环直 流电压增益一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比 较，所以一般采用分贝方式记录和比较一般运放的差模开环直流电压增益在 80~120dB之间实际运放的差模开环电压增益是频率的函数， 为了便于比较，一般采用差模开环直 流电压增益。

共模抑制比：共模抑制比定义为当运放工作于线性区时， 运放差模增益与共模增 益的比值共模抑制比是一个极为重要的指标，它能够抑制差模输入=二模干扰信 号由于共模抑制比很大，大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多， 用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较 一般运放的共模抑 制比 在80~120dB之间电源电压抑制比：电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放输 入失调电压随电源电压的变化比值电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响 目前电源电压抑制比只能做到80dB左右所以用作直流信号处理或是小 信号处理模拟放大 时，运放的电源需要作认真细致的处理当然，共模抑制比高的运放，能够补偿 一部分电源电压抑制比，另外在使用双电源供电时，正负电源的电 源电压抑制比可能不相同输出峰-峰值电压:输出峰-峰值电压定义为，当运放工作于线性区时，在 指定的负载下，运放在当 前大电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度 除低压运放外，一般运放 的输出输出峰-峰值电压大于土 10M 一般运放的输出峰-峰值电压不能达到电源 电压，这是由于输出级设计造成的，现代部分低压运放的输出级做了特殊处理， 使得在10k负载时，输出峰-峰值电压接近到电源电压 的50mV以内，所以称 为满幅输出运放，又称为轨到轨（raid-to-raid）运放。

需要注意的是，运放的输 出峰-峰值电压与负载有关，负载不同，输 出峰-峰值电压也不同；运放的正负 输出电压摆幅不一定相同对于实际应用，输出峰 -峰值电压越接近电源电压越 好，这样可以简化电源设计但是现在的满幅输出运放只能工作在低压， 而且成 本较高最大共模输入电压：最大共模输入电压定义为，当运放工作于线性区时，在 运放的共模抑制比特性显著变坏时的共模输入电压一股定义为当共模抑制比下降 6dB是所对应的共模输入电压作为最大共模输入电压最大共模输入电压限制了输入信号中的最大 共模输入电压范围，在有干扰的情况下，需要在电路设计中注意这个问 题最大差模输入电压：最大差模输入电压定义为，运放两输入端允许加的最大输入电压差 当运放两输 入端允许加的输入电压差超过最大差模输入电压时，可能造成运放输入级损坏2 .主要交流指标 开环带宽：开环带宽定义为，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端， 从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降 3db （或是相当于运放的直流增益的 0.7070所对应的信号频率这用于很小信号处理单位增益带宽GB:单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为 1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号 输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降 3db （或是相当于 运放输入信号的0.7070所对应的信号频率。

单位增益带宽是一个很重要的指标， 对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率 与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后， 可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放这用于小信号处理 中运放选型转换速率（也称为压摆率）SR:运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大 信号（含阶跃信号）输 入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率由于在转换期间，运放的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作 用，也就是转换速率与闭环增益无关 转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标， 对于一般运放转换速率SR<=10V4i s,高速运放的转换速率 SR>10V4i so目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/n so这用于大信号处理中运放选型全功率带宽 BW ：全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益 为 1 倍条件下，将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端， 使运放输出幅度达到最大 （允许一定失真）的信号频率 这个频率受到运放转换速率的限制 近似地， 全功率带宽 =转换速率/2：tVop （Vop是运放的峰值输出幅度）。

全功率带宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型建立时间：建立时间定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为 1 倍条件下，将一个阶跃大信号输入到运放的输入端， 使运放输出由 0 增加到某一给定值的所需要的时间由于是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一 定抖动，这个抖动时间称为稳定时间 稳定时间 +上升时间 =建立时间 对于不同的输出精度， 稳定时间有较大差别， 精度越高， 稳定时间越长 建立时间是一个很 重要的指标，用于大信号处理中运放选型等效输入噪声电压：等效输入噪声电压定义为， 屏蔽良好、 无信号输入的的运放， 在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压 这个噪声电压折算到运放输入端时， 就称为运放输入噪声电压（有时也用噪声电流表示）对于宽带噪声，普通运放的输入噪声电压有效值约10~20仙V差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：差模输入阻抗定义为，运放工作性区时，两输入端 的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值 差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容， 在低频时仅指输入电阻一般产品也仅仅给出输入电阻采用双极型晶体 管做输入级的运放的输入电阻不大于 10兆欧； 场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于 109 欧。

共模输入阻抗：共模输入阻抗定义为，运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比在低频情况下，它表现为共模电阻 通常， 运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多， 典型值在108 欧以上输出阻抗：输出阻抗定义为， 运放工作性区时， 在运放的输出端加信号电压， 这个电压变化量与对应的电流变化量的比值 在低频时仅指运放的输出电阻 这个参数在开环测试运放的选择策略(1)设计目标的综合考虑设计者必须综合考虑设计目标的信号电平， 闭环增益， 要求精度， 所需带宽， 电路阻抗， 环境条件及其他因素， 并把设计要求的性能转换成运放的参数， 建立 各个参数的取值以及它们随温度、时间、电流电压等变化的范围2)深刻理解电路手册中特性指标的意义不同的制造商可能给出不同的特性指标， 这些指标可能是通过不同的测量技术获得的， 这就给运放的选择带来了困难 为避免这些困难， 设计者必须深刻理解电路手册中特性指标的意义， 同时必须了解这些参数是如何测得的， 然后把这些特性指标转换成对设计要求有意义的参数3)选择具有最优性能价格比的运放设计者必须把设计目标的性能、 所选择器件的性能指标与价格联系起来， 以 最低的价格获得符合设计目标提出的物理、电气和环境要求。

运放的分类与几种典型应用不同类型运放组成近百种运放系列，其中一部分是通用的，称为通用型运放： 另一部分为特殊应用提供优化特性， 称为专用型运放 通用型运放的各项性能指标都 比一般的分立元件直接耦合放大电路有所改善，大致能够满足中等精度的要求， 一般情况下无须调零即可使用 专用型运放为了适应特殊应用场合而具有优化特性 根据专用型运算放大器的性能指标，运算放大器可分为：低噪声运放、精密运放、高速运放、低偏置电流运放、低漂移运放、低功耗 /微功耗运放等现在说明几种 不同类型的专用型运放及其应用技术低噪声运放及其典型应用技术以AD797为例它是低噪声、场效应管输入(FET)运算放大器，最大输入电压噪声最大值 50nVppAD797组成的低噪声电荷放大器见图1此时放大作用取决于运放输入端电 荷的保持因素，即要求电容 CS上的电荷能被传送到电容 CF,形成输出电压 A Q/CR在放大器输出。