运放参数说明加选型和例子.docx

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运放参数说明加选型和例子

1、输入失调电压（InputOffsetVoltage）VOS

若将运放的两个输入端接地，理想运放输出为零，但实际运放输出不为零。

此时，用输出电压除以增益得到的等效输入电压称为输入失调电压。

其值为数mV，该值越小越好，较大时增益受到限制。

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±1~10mV之间；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。

2、输入失调电压的温漂（InputOffsetVoltageDrift），又叫温度系数TCVOS

一般为数uV/.C

输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）αVIO：

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/℃。

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3、输入偏置电流（InputBiasCurrent）IBIAS

运放两输入端流进或流出直流电流的平均值。

对于双极型运放，该值离散性较大，但却几乎不受温度影响；而对于MOS型运放，该值是栅极漏电流，值很小，但受温度影响较大。

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±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（InputOffsetCurrent）IOS

  是运放两输入端输入偏置电流之差的绝对值。

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10kW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。

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5、输入电阻Rin

  运放两输入端间的差动输入电阻。

  该值由微小交流信号定义，实际影响很小，可忽略不计。

  而运放输入端的共模输入电阻是Rin的10－1000倍，也可忽略不计。

6、电压增益AV

  也称差动电压增益。

理想运放的AV为无限大，实际运放一般也约数百dB。

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。

7、最大输出电压VOM

  饱和前的输出电压称为最大输出电压，理想运放可达到满幅度（railtorail）输出。

8、共模输入电压范围CMVR（InputCommon-ModeVoltageRange）VICM

  表示运放两输入端与地间能加的共模电压的范围。

  VICM等于正、负电源电压时为理想特性，满幅度输出运放接近这种特性。

9、共模信号抑制比（CommonModeRejectionRatio）CMRR

  在运放两输入端与地间加相同信号时，输入、输出间的增益称为共模电压增益AVC，则CMRR定义为：

  CMRR=AV/AVC

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==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。

10、电源电压抑制比（SupplyVoltageRejectionRatio）SVRR

  正、负电源电压变化时，该变化量出现在运放的输出中，并将其换算为运放输入的值。

  若电源变化ΔVs时等效输入换算电压为ΔVin，则SVRR定义为：

  SVRR=ΔVs/ΔVin

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。

11、消耗电流ICC

  该电流是指运放电源端流通的电流，它随外加电路及电源电压而有所变化。

12、转换速率（SlewRate）SR

  表示运放能跟踪输入信号变化快慢的程度，单位是V/us。

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。

13、增益带宽乘积（GainBandwidthProduct）GB

  表示运放电压增益-频率特性的参数，单位是MHz。

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。

运算放大器的专业术语

1bandwidth带宽:

电压增益变成低频时1/

（2）的频率值

2共模抑制比：

commonmoderejectionratio

3谐波失真：

harmonicdistortion谐波电压的均方根值的和/基波电压均方根值

4输入偏置电流：

inputbiascurrent两输入端电流的平均值

5输入电压范围：

inputvoltagerange共模电压输入范围运放正常工作时输入端上的电压；

6输入阻抗:

inputimpendenceRsRl指定时输入电压与输入电流的比值

7输入失调电流inputoffsetcurrent运放输出0时，流入两输入端电流的差值；

8输入失调电压inputoffsetvoltage为了让输出为0，通过两个等值电阻加到两输入端的电压值

9输入电阻：

inputresistance:

任意输入端接地，输入电压的变化值/输入电流的变化值

10大信号电压增益：

large-signalvoltagegain输出电压摆幅/输入电压

11输出阻抗：

outputimpendenceRsRl指定时输出电压与输出电流的比值

12输出电阻：

outputresistance输出电压为0，从输出端看进去的小信号电阻

13输出电压摆幅：

outputvoltageswing运放输出端能正常输入的电压峰值；

14失调电压温漂offsetvoltagetemperaturedrift

15供电电源抑制比：

powersupplyrejection输入失调电流的变化值/电源的变化值

16建立时间settlingtime从开始输入到输出达到稳定的时间；

17摆率：

slewrate输入端加上一个大幅值的阶跃信号的时候输出端电压的变化率

18电源电流supplycurrent

19瞬态响应transientresponse小信号阶跃响应

20单位增益带宽unitygainbandwirth开环增益为1时的频率值

21电压增益voltagegain指rsrl固定时输出电压/输入电压

2．运放的主要参数

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。

2．1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±1~10mV之间；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）αVIO：

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/℃。

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±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。

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10kW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==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±10V。

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10kW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。

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。

2．2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0.707）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0.707）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。

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。

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。

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10~20μV。

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。

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

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3．运算放大器的对信号放大的影响和运放的选型

由于运算放大器芯片型号众多，即使按照上述办法分类，种类也不少，细分就更多了，这对于初学者就难免犯晕。

本节力求通过几个实际电路的分析，明确运算放大器的对信号放大的影响，最后总结如何选择运放。

CA3140的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压μV5000

输入失调电压温度漂移μV/℃8

输入失调电流pA0.5

输入失调电流温度漂移pA/℃0.005

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差μV5000

输入失调电流造成的误差μV0.0045

合计本项误差为μV5000

输入信号200mV时的相对误差%2.5

输入信号100mV时的相对误差%5

输入信号25mV时的相对误差%20

输入信号10mV时的相对误差%50

输入信号1mV时的相对误差%500

初步结论是：

高阻运放的输入失调电流很小，它造成的误差远远不及输入失调电压造成的误差，可以忽略；而输入失调电压造成的误差仍然不小，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差μV200

输入失调电流温漂造成的误差μV0.001

合计本项误差为μV200

输入信号200mV时的相对误差%0.1

输入信号100mV时的相对误差%0.2

输入信号25mV时的相对误差%0.8

输入信号10mV时的相对误差%2

输入信号1mV时的相对误差%20

初步结论是：

高阻运放的输入失调电流温漂很小，它造成的误差远远不及输入失调电压温漂造成的误差，可以忽略；在使用高阻运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。

若以上两项误差合计将更大。

由于高阻运放的输入失调电流只有通用运放的千分之一，因此若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，几乎不会造成可明显察觉的误差。

HA5159的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压μV10000

输入失调电压温度漂移μV/℃20

输入失调电流nA6

输入失调电流温度漂移pA/℃60

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差μV10000

输入失调电流造成的误差μV54.5

合计本项误差为μV10054

输入信号200mV时的相对误差%5.0

输入信号100mV时的相对误差%10.1

输入信号25mV时的相对误差%40.2

输入信号10mV时的相对误差%100.5

输入信号1mV时的相对误差%1005

初步结论是：

输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。

其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差μV500

输入失调电流温漂造成的误差μV13.6

合计本项误差为μV513

输入信号200mV时的相对误差%0.3

输入信号100mV时的相对误差%0.51

输入信号25mV时的相对误差%2.05

输入信号10mV时的相对误差%5.14

输入信号1mV时的相对误差%51.4

初步结论是：

在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。

若以上两项误差合计将更大。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差μV10000

输入失调电流造成的误差μV109

合计本项误差为μV10109

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差μV500

输入失调电流温漂造成的误差μV27.3

合计本项误差为μV527

初步结论：

仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电