概念及相关参数.docx

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概念及相关参数

直流指标

1、输入失调电压（VOS）

该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。

它反映差动放大部分参数的不对称程度，显然越小越好，一般为毫伏级。

输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，再加上负号，即为折算到输入端的失调电压。

亦即使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。

VIO是表征运放内部电路对称性或者反映了输入级差分对管的失配程度，一般Vos约为（1～10）mV，高质量运放Vos在1mV以下。

2、输入失调电压温漂（TCVOS）

该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以μV/°C为单位表示。

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±10~20μV/℃之间，精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。

3、输入偏置电流（IB）

该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。

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±10nA~1μA之间；采用场效应管做输入级的，输入偏置电流一般低于1nA。

4、输入失调电流（IOS）

该参数是指流入两个输入端的电流之差。

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。

5、输入失调电流温漂（TCIOS）

该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。

TCIOS通常以pA/°C为单位表示。

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。

6、差模开环电压放大倍数Ado

指集成运放本身（开环情况下无外加反馈回路）的差模电压放大倍数，即

。

它体现了集成运放的电压放大能力，一般在104～107之间。

Ado越大，电路越稳定，运算精度也越高。

7、共模抑制比KCMR

共模抑制比KCMR是集成运放的开环差模电压放大倍数和开环共模电压放大倍数之比的绝对值。

用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于80dB。

8、直流共模抑制（CMRDC）

该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。

CMRDC可以用共模电压范围（CMVR）与该范围内对应的输入失调电压变化的峰峰值进行计算：

9、交流共模抑制（CMRAC）

CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力，是差模开环增益除以共模开环增益的函数。

CMRAC通常定义在特定频率和整个直流共模电压范围：

10、电源抑制比（PSRR）

该参数用来衡量在电源电压变化时运算放大器保持其输出不变的能力，PSRR通常用电源电压变化时所导致的输入失调电压的变化量表示：

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。

11、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。

一般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。

12、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。

交流指标

1、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0.707）所对应的信号频率。

这用于很小信号处理。

2、单位增益带宽（BW）

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0.707）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益后，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。

对于小信号，一般用单位增益带宽表示。

单位增益带宽，也叫做增益/带宽积能够大致表示运放的处理信号频率的能力。

例如某个运放的增益带宽=1MHz，若实际闭环增益=100，则理论处理小信号的最大频率=1MHz/100=10KHz。

对于大信号的带宽，即功率带宽，需要根据转换速度来计算。

对于直流信号，一般不需要考虑带宽问题，主要考虑精度问题和干扰问题。

3、压摆率（SR）

该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。

SR通常以V/μs为单位表示，有时也分别表示成正向变化和负向变化。

衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几V／μs，若输入信号变化速率大于此值，输出波形会严重失真。

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<=10V/μs，高速运放的转换速率SR>10V/μs。

目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/μs。

压摆率在英文里是slewrate，简写为SR。

压摆率也称转换速率。

压摆率的意思就是运算放大器输出电压的转换速率，单位有通常有V/s，V/ms和V/μs三种，它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标，表示运放对信号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。

当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才按线性规律变化。

信号幅值越大、频率越高，要求运放的SR也越大。

一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。

但压摆率却是高速运放的重要指标。

比如说OP07的压摆率为0.3V/μs即1μs时间内电压从0V上升到0.3V，而OPA637（G=-1，10Vstep）SR=135V/μs，明显比OP07快。

电流与电容的公式为 

从而根据SR的公式有：

如果假设某OP的最大输出电流为1mA，补偿电容为1000pF，则SR为

如果运放741输入一个20kHz的正弦波，从数据手册可以知道741的SR为0.5V/μs，设输入信号的电压可以表示为Vi=VmSin2πft

也可得出运算放大器可处理的最大工作频率

处理交流信号的话，增益带宽积（GBP）和转换速率（SR）是主要考虑的指标。

处理直流或低频信号的话，就要主要考虑失调电压和失调电流。

压摆率与传输速率实际上是一对矛盾关系.SR太高,就会有一个大的斜率上升,造成很大的抖动,势必减慢了稳定的时间.所以,设计中实际上是找一种折中的值来满足两者的要求.

3、共模输入电阻（RINCM）

该参数表示运算放大器工作在线性区时，输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。

4、输入偏置电流温漂（TCIB）

该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。

TCIB通常以pA/°C为单位表示。

5、差模输入电阻（RIN）

该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，电压的变化导致电流的变化。

在一个输入端测量时，另一输入端接固定的共模电压。

6、输出阻抗（ZO）

该参数是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部等效小信号阻抗。

7、输出电压摆幅（VO）

该参数是指输出信号不发生箝位的条件下能够达到的最大电压摆幅的峰峰值，VO一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。

8、功耗（Pd）

表示器件在给定电源电压下所消耗的静态功率，Pd通常定义在空载情况下。

9、电源电流（ICC、IDD）

该参数是在指定电源电压下器件消耗的静态电流，这些参数通常定义在空载情况下。

10、输入电容（CIN）

CIN表示运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容（另一输入端接地）。

11、输入电压范围（VIN）

该参数指运算放大器正常工作（可获得预期结果）时，所允许的输入电压的范围，VIN通常定义在指定的电源电压下。

12、输入电压噪声密度（eN）

对于运算放大器，输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联噪声电压源，eN通常以nV/（每根号赫兹纳伏）为单位表示，定义在指定频率。

13、输入电流噪声密度（iN）

对于运算放大器，输入电流噪声可以看作是两个噪声电流源，连接到每个输入端和公共端，通常以pA/为单位表示，定义在指定频率。

14、共模开环电压放大倍数Aco

指集成运放本身的共模电压放大倍数，它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放Aco应接近于零。

共模信号与差模信号辨析

a）差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值；

b）共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声。

对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压；像平常看到的用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近，Ua-Ub依然没什么变化，当然这是理想情况。

比如，RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。

实际应用中，温度的变化各种环境噪声的影响都可以视作为共模噪声信号，但如果在传输过程中,两根线的对地噪声哀减的不一样大,使得两根线之间存在了电压差,这时共模噪声就转变成了差模噪声。

差分信号不是一定要相对地来说的，如果一根线是接地的，那他们的差值就是相对地的值了，这就是模拟电路中讲过的差分电路的单端输入情况。

差分放大器，差模输入，差模是相对共模来说的。

差分是一种方式。

差模、共模信号，差分放大电路

举例来说，假如一个ADC有两个模拟输入端，并且AD转换结果取决于这两个输入端电压之差，那么我们说这个ADC是差分输入的，并把这两个模拟输入端合在一起叫做差分输入端。

但是加在差分输入端上的电压并不一定总是大小相等方向相反，甚至很多情况下是同符号的。

（注：

即不一定是一正一负）我们把它们的差叫做差模输入，而把它们共有的量（即平均值）叫做共模输入。

差分是一种电路形式的叫法....

差模是对信号的定义....（相对来说有共模..）

差动=======差分

差模信号：

大小相等，方向相反的交流信号；

共模信号：

大小相等。

方向相同。

在差分放大电路中，经常提到共模信号和差模信号，在差分放大电路中共模信号是不会被放大的，可以理解为三极管的温漂引起的电流信号，为了形象化温漂而提出了共模信号，差模信号为输入信号，就是Ui,就是放大的对象。

在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号，（这是有用的信号）放大器能产生很大的放大倍数，我们把这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。

如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号，（这实际是上一级由于温度变化而产生的信号，是一种有害的东西），我们把这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。

由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很强的负反馈，所以共模放大倍数很小。

（一般都小于1）计算公式又分为单端输出和双端输出，所以有四个共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。

共模信号：

双端输入时，两个信号相同。

差模信号：

双端输入时，两个信号的相位相差180度。

任何两个信号都可以分解为共模信号和差模信号。

设两路的输入信号分别为：

A,B.

m,n分别为输入信号A，B的共模信号成分和差模信号成分。

输入信号A，B可分别表示为：

A=m+n；B=m-n

则输入信号A,B可以看成一个共模信号m和差模信号n的合成。

其中m=（A+B）/2；n=（A-B）/2。

差动放大器将两个信号作差，作为输出信号。

则输出的信号为A-B，与原先两个信号中的共模信号和差模信号比较，可以发现：

共模信号m=（A+B）/2不见了，而差模信号n=（A-B）/2得到两倍的放大。

这就是差模放大器的工作原理。

共模抑制比

为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是CommonModeRejectionRatio，因此一般用简写CMRR来表示。

差模信号电压放大倍数Aud越大，共模信号电压放大倍数Auc越小，则CMRR越大。

此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。

当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Auc=0，则共模抑制比CCMR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。

运放带宽相关知识！

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0.707）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益后，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。

二、运放的带宽是表示运放能够处理交流信号的能力

对于小信号，一般用单位增益带宽表示。

单位增益带宽，也叫做增益/带宽积能够大致表示运放的处理信号频率的能力。

例如某个运放的增益带宽=1MHz，若实际闭环增益=100，则理论处理小信号的最大频率=1MHz/100=10KHz。

对于大信号的带宽，既功率带宽，需要根据转换速度来计算。

对于直流信号，一般不需要考虑带宽问题，主要考虑精度问题和干扰问题。

1、运放的带宽简单来说就是用来衡量一个放大器能处理的信号的频率范围，带宽越高，能处理的信号频率越高，高频特性就越好，否则信号就容易失真，不过这是针对小信号来说的，在大信号时一般用压摆率（或者叫转换速率）来衡量。

2、比如说一个放大器的放大倍数为n倍，但并不是说对所有输入信号的放大能力都是n倍，当信号频率增大时，放大能力就会下降，当输出信号下降到原来输出的0.707倍时，也就是根号2分之一，或者叫减小了3dB，这时候信号的频率就叫做运放的带宽。

3、当输出信号幅度很小在0.1Vp-p以下时，主要考虑增益带宽积的影响。

就是GainBandwidth=放大倍数*信号频率。

当输出信号幅度很大时，主要考虑转换速率Sr的影响，单位是V/uS。

在这种情况下要算功率带宽，FPBW=Sr/2πVp-p。

也就是在设计电路时要同时满足增益带宽和功率带宽。

运放关于带宽和增益的主要指标以及定义

1.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0.707）所对应的信号频率。

这用于很小信号处理。

2.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0.707）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。

3.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<=10V/μs，高速运放的转换速率SR>10V/μs。

目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/μs。

这用于大信号处理中运放选型。

4.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/2πVop（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。

5.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。

6.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10~20μV。

7.差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：

差模输入阻抗定义为，运放工作在线性区时，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。

8.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。

9.输出阻抗：

输出阻抗定义为，运放工作在线性区时，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。

一、输入阻抗和输出阻抗

（1）首先，输入阻抗和输出阻抗是相对的。

阻抗，简单的说就是阻碍作用，甚至可以说就是电阻，即另一层意思上的等效电阻。

　　引入输入阻抗和输出阻抗，最大的目的是在设计电路中提高效率，即要达到阻抗匹配，达到最佳效果。

阻抗匹配可以这样简单了解：

假设一个电路中R为负载电阻，r为电源E的内阻，E为电压源。

由于r的存在，当R很大时，电路接近开路状态；而当R很少时接近短路状态。

显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。

根据式:

P=I2R=

2R=

从上式可看出，当R=r时此时负载所获取的功率最大。

所以，当负载电阻等于电源内阻时，负载将获得最大功率。

这就是电路阻抗匹配的基本原理。

（2）输入输出阻抗都跟电路的具体设计有关。

这里先提供几条经验：

1、阻抗匹配时负载可以得到最大的信号功率。

2、阻抗匹配时效率不一定最高。

3、前级输出阻抗大于后级输入阻抗时，传输效率变低，传输功率小于最大值。

4、前级输出阻抗小于后级输入阻抗时，传输效率变高，传输功率也小于最大值。

5、输入阻抗一般是高些为好，这样对前级输出要求不严格。

6、输出阻抗一般是低些为好，这样负载适应性强，负载能力强。

7、输入阻抗高往往易受到干抗，所以需要特别的设计（例如屏蔽）。

8、输出阻搞太低往往也受到元器件、传输导线和电源限制。

例如：

有些功放的输出阻抗可以低到2Ω，再低的话已经没有意义（导线损耗反而成主要问题）。

二、ttl/coms型器件

按导电类型不同，分为双极型集成电路和单极型集成电路两类。

前者频率特性好，但功耗较大，而且制作工艺复杂，绝大多数模拟集成电路以及数字集成电路中的TTL、ECL、HTL、LSTTL、STTL型属于这一类。

后者工作速度低，但输人阻抗高、功耗小、制作工艺简单、易于大规模集成，其主要产品为MOS型集成电路。

MOS电路又分为NMOS、PMOS、CMOS型。

（1）不同类型，不同工艺的器件其输入和输出阻抗也不同。

CMOS是电压型的器件，将电压转换为电流具有很高的输入阻抗，TTL是电流型的器件，输入阻抗低，将电流进行放大。

CMOS的输入阻抗很高，这样栅极寄生的电容就会和输入阻抗形成一个低通滤波器，而TTL器件输入阻抗很低，寄生低通滤波器的低通特性比较弱，所以速度比CMOS快。

（2）现在CMOS应用很广泛，是由于CMOS的输入阻抗一般都很高。

而为什么输入阻抗高和输出阻抗低在电路中的应用有着很大的优势呢？

1.当信号送入一个放大器时，就会有一个电压加在输入级上，如果你的输入级阻抗很小则势必会有较大电流通过，而前级电路又提供不了如此大的电流，输入电压就降低了呀，那么送进放大器的电压就比源电压要小很多了，不能有效放大。

2.当信号从放大器输出的时候，在输出端会有一个负载，这时他需要一定的电流提供能力，你的输出阻抗如果高，输出电流流经输出电阻，再经过负载，肯定有一部分能量是消耗在了输出电阻上了。

三、一些典型电路的输入输出阻抗的计算：

（1）反相比例运算电路

1、方法一：

输入电阻Ri为从电路输入端口看进去的电阻，这里可以看到是R1。

对于Ui端看到的阻抗,利用理想运放的"虚短"概念，运放的+-输入端电压总是0，对于Ui电压源来说，相当于它通过R1接到“地”，当然从Ui端看到的阻抗就是R1了。

方法二：

先看运算放大器的电路模型：

其中ri很大，通常为106Ω或更高；r0相对较小可不计入在内；A很高。

由上图可以看到Ii=

，r0相对很小可以忽略，A=

所以Ri=

=

=R1。

2、放大器反向输入端的电阻R1应远大于信号源的内阻，但通常只能取几千欧至几十千欧。

而反馈电阻R2的值不能太大，否则会产生较大的噪声和漂移