怎么选择运放
2011-05-04 01:31:28| 分类：技术资料|字号订阅
运算放大器是整个模拟电路设计的基石，选择一个恰当的放大器对于达到系统设计指标至关重要。
1.运放供电电压大小和方式选择；
2.运放封装选择；
3.运放反馈方式，即是VFA (电压反馈运放)还是CFA(电流反馈运放)；
4.运放带宽；
5.压摆率大小，这决定全功率信号带宽；
6.Offset电压和Offset电流选择；
7. Offset电压随温度的漂移大小，即ΔVoffset/ΔT大小；
8.运放输入阻抗选择；
9.运放输出驱动能力大小选择；
10.运放静态功耗，即ICC电流大小选择；
11.运放噪声选择；
12.运放驱动负载稳定时间。
转载：
在设计开关电源的模拟电路时，有的人根本不知道如何选择运放，手头有什么就用什么，也许你曾经这样做了100次，都幸运的成功了，但是第101次会怎么样哪？另外一些人是恰恰相反，抱这五六本原厂资料翻来翻去，结果好不容易寻到了梦中情人，又买不到。
不才向大家推荐一些俗俗的运放，肯定能买到，能适应大多场合。
1. 速度要求不高，或直流放大：
LF441(单),LF442(双),LF444(四),TL084(四)
(以上运放为JFET输入，阻抗极高，不必考虑输入端的阻抗平衡)
OP07(单，高精度，有调零端，速度可是特别慢,用于直流放大不错)
2. 速度比较高，音频范围，倍数不超过100：
LF356(单),LF353(双),LF347(四),TL074(四)
(以上运放为JFET输入，阻抗极高，不必考虑输入端的阻抗平衡)
OP27(单，高精度，有调零端，速度比LF356快)
NE5534(用于音响放大，音质很好，但输入阻抗低)
3. 高速
OP37(单位频响50MHz,但一定不能用做跟随器！在闭环增益小于5时会自激)
4. 低压或单电源
LM324(太慢)
建议使用Maxim公司产品
其他特殊场合，如视频放大，超线性放大，低漂移等要求，还是要在Internet上查查的说
"你焊在电路板上的运放不是教科书上的理想运放!"设计电路时,在考虑了你所
考虑的全部问题以后,请
注意以下问题.
1. 输出电压摆幅
不要期望一般的运放的输出电压能达到供电电压,哪怕你的负载电阻为10M. 一般的通用运放的输出
电压的峰峰值都与电源相差1~3V.
2. 共模输入电压范围
不要让你的运放的输入端的电位非常接近他的供电电压,否则你会被搞的焦头烂额.例如,你选用的是
LF347运放(多数JFET运放都类似),供电电压为正负12V,正输入端电位为
-11V,负输入端为-11.5V,你猜
输出会是什么?或许你猜错了,是-10V.这就是你超出共模电压范围使用的结果.当然,如果你换成LM324,
就没有这种效果了.幸好,现在Maxim公司和NS公司都推出了Rail to Rail 运放,他们的共模电压范围和电
源电压相同.
3. 输出电压摆率SR
如果你正在用运放放大高频大幅值信号,一定不要忽略SR参数,他表示输出电压每微秒最大的变化量.举例
说明,uA741的单位带宽为1MHz,SR=0.7V/us,如果你将他接成跟随器形式(增益=1),此时,如果你输入幅值为
-5V~+5V,频率为200KHz的方波,那么,输出结果一定使你大失所望,他的输
出居然是一个幅值只有2V左右的
怪怪的三角波.
略做补充:
1. 对于低电势放大线路,还要考虑失调,温漂和输入噪音.
2. 对于高精度线路,应注意共模抑制比,一般来说共模抑制比高的OP其线性
较好.
3. 注意输入电阻,双极型OP一般在几百K至几十M.
运放的自激有多种可能引起:
1. 补偿不足. 例如OP37等运放,在设计时,为了提高高频响应,其补偿量较小,当反馈较深时会出现自激现象.通过
测量其开环响应的BODE图可知,随着频率的提高,运放的开环增益会下降,如果当增益下降到0db之前,其相位滞后超过180度,
则闭环使用必然自激.
2. 电源回馈自激.从运算放大器的内部结构分析,他是一个多级的放大电路,一般的运放都由3级以上电路组成,前级完成高增益
放大和电位的移动,第2级完成相位补偿功能,末级实现功率放大.如果供给运放的电源的内阻较大,末级的耗电会造成电源的波动,
此波动将影响前级的电路的工作,并被前级放大,造成后级电路更大的波动,如此恶性循环,从而产生自激.
3. 外界干扰. 确切的说,这并不算自激,但现象和自激相似.输出产生和输入无关的信号.因为我们处于一个电磁波笼罩的环境之中,
有50Hz和100Hz的工频干扰,数百Hz的中波广播干扰,数MHz的短波干扰,几十到几百Hz的电视广播和FM广播干扰,1GHz左右的无线通
讯干扰等.如果电路设计屏蔽不佳,干扰自然会引入电路,并被放大.
如果电路出现自激现象,首先应该判断是哪种原因造成的.第一种自激出现在运放闭环使用,而且增益较低的情况下,一般只有增益
小于10的情况下才能出现.其实这种自激最好解决,正确的选择运放即可,对于一些高速运放,其厂家手册中都会注明最低的闭环增
益. 与此相反,后两种情况都是在高增益情况下发生,这一点非常重要,可以准确的判断自激的原因.
相对而言,后两种自激较难解决,本人不谦虚的说,只有具有一定的模拟电路设计经验,才有可能避免以上情况的发生.基本原
则是尽量增加地线的面积,在运放供电印脚附近,一定是附近增加高频退殴电容,采用高频屏蔽等方法消除自激,减小干扰
差分接法:差分放大电路（图3.8a.4）的输入信号是从集成运放的反相和同相输入端引入，如果反馈电阻RF等于输入端电阻R1 ，输出电压为同相输入电压减反相输入电压，这种电路也称作减法电路。 图3.8a.4 差分放大电路 差分放大器 如图所示，通过采用两个输入，该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数
运算放大器的单电源供电方法 大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电，只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作，如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。需要说明的是，单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作，也可在双电源供电状态下工作。例如，LM324可以在、+5～+12V单电源供电状态下工作，也可以在+5～±12V双电源供电状态下工作。 在一些交流信号放大电路中，也可以采用电源偏置电路，将静态直流输出电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如图1(b)所示。 该电路的增益Avf＝－RF／R1。R2＝R3时，静态直流电压Vo(DC)＝1／2Vcc。耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。Cl及C2可由下式来确定：C1＝1000／2πfoRl(μF)；C2＝1000／2πfoRL(μF)，式中，fo是所要求最低输入频率。若R1、RL单位用kΩ，fO用Hz，则求得的C1、C2单位为μF。一般来说，R2＝R3≈2RF。 图2是一种单电源加法运算放大器。该电路输出电压Vo＝一RF(V1／Rl十V2／R2十V3／R3)，若R1＝R2＝R3＝RF，则Vo＝一(V1十V2十V3)。需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。它是个甲类放大器，在无信号输入时，损耗较大。
1. 功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号U i，另一个则接基准电压V R定门限电压(或称阀值)的U T。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波，应用于模－数转换，波形产生及变换，及越限警等。 2. 运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，U i数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不同 (1) 从途中可化称 (2) 若U i发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区 时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在。 (3) 若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。 (4) 若用正反馈使Aod↑，则可缩短状态的转换时间。 3. 分类： (1) 单限比较器
(2) 迟滞比较器(Schmitt) (3) 双限比较器(窗口比较器) 二. 单限比较器 1. U i与U R分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8. 2.2 ΔU i>U R Uo=+Uom ΔU i运算放大器和比较器的区别
所有的运算放大器都可用作电压比较器的芯片。常见的有LM324 LM358 uA741 TL081\2\3\4 OP07 OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈）。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。 1.最主要的区别是输出结构。比较器往往是集电极开路输出，这样可以多个比较器的输出并联，构成与门，这叫“线与”。而运放通常是推挽输出，输出端不能并联。 2.比较器的输出要加上拉电阻，运放的输出不需要加。 3.比较器工作在开环或者正反馈状态，一般不会自激。运放工作一般工作在负反馈状态，而开环或正反馈的时候需要加补偿电路，否则容易自激。 4.精密运放的开环增益很高，120dB左右。普通运放和比较器则不是很高，60dB左右。 5.运放工作一般工作在线性状态，内部结构决定了它非线性失真比较小。比较器工作在开关状态，如果用做线性放大的话，不能保证失真度。 比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下: 1、比较器的翻转速度快，大约在ns数量级，而运放翻转速度一般为us数量级(特殊的高速运放除外)。 2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。 补充:比较器工作在非线性条件下,强调的是翻转速度,放大器用于放大,比较注重的是线性.当用比较器作放大时会发现放大输出失真,即使放大负反馈较深也非常明显,而用运放做比 较器时,会发现翻转速度不够. 运放可以做比较器，同时也可以作为放大器，比较器只能做比较器。
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
运放与比较器的用法 NE5532是双极型双运放，剩下的一个不用，可以将它们的输入端全部悬空即可，跟该运放相似的还有LM358、LM324，它们不用的输入端都可以悬空。而对于CMOS运放，由于输入阻抗极高，若将输入端悬空，很容易受干扰，故对于像ICL7642、MC14573这类CMOS 运放，内部用不完的运放，输入端一般要接高电平或地。 1、运放可以连接成为比较输出，比较器就是比较。 2、比较器输出一般是OC，便于电平转换；比较器没有频补，Slew Rate比同级运放大， 但接成放大器易自激。 比较器的开环增益比一般放大器高很多,因此比较器正负端小的差异就引起输出端变化. 3、频响是一方面，另外运放当比较器时输出不稳定，不一定能满足后级逻辑电路的要求。 4、比较器为集电极开路输出，容易输出TTL电平，而运放有饱和压降，使用不便。 关于运算放大器与专用比较器的区别可分为以下几点: 1.比较器的翻转速度快,大约在ns数量级,而运放翻转速度一般为us数量级(特殊高速运放 除外); 2.运放输入可以接成负反馈电路,而比较器不能使用负反馈,虽然比较器也有同相和反相两 个输入端,但因为其内部没有相位补偿电路,如果输入负反馈,电路不能稳定工作,内部无相位补偿电路.这也是比较器比运放速度快的原因. 3.运放的初级一般采用推挽电路,双极性输出,而多数比较器输出极为集电级开路结构,所 以需要上拉电阻,单极性输出,容易和数字电路连接. 加法器和减法器就是用运算放大器搭的运算电路. 电压比较器 电压比较器可以看作是放大倍数接近―无穷大‖的运算放大器。 电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当‖＋‖输入端电压高于‖－‖输入端时，电压比较器输出为高电平； 当‖＋‖输入端电压低于‖－‖输入端时，电压比较器输出为低电平； 电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。 简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。 运放，是通过反馈回路和输入回路的确定―运算参数‖，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
电压比较器（以下简称比较器）就是一种常用得集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F 变换电路、 A ／D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用得电压比较器。 什么就是电压比较器 简单地说，电压比较器就是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较得，这里不介绍）,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1（a）就是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“ + ” 端）及反相输入端（“一”端）,有一个输出端Vou t （输出电平信号）。另外有电源V+ 及地（这就是个单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VB。V A与VB得变化如图1（b ）所示。在时间0~ t 1时,V A > V B ;在上1?t 2时,V B > VA ;在上2~t3时,V A> VB。在这种情况下，Vo u t得输出如图1 （c）所示：V A>VB 时，Vou t输出高电平（饱与输出）；V B >V A时，V o u t输出低电平。根据输出电平得高低便可知道哪个电压大.
如果把V A 输入到反相端，V E 输入到同相端，VA 及V B 得电压变化仍然如图1(b)所示则Vout 输出如图1(d )所示.与图 1 (c )比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与 VA 、VE 得输入 端有关。 图2⑻就是双电源(正负电源)供电得比较器?如果它得 VA 、VB 输入电压如图1 (b )那样，它得输出特性如图2(b)所示。VB > V A 时,Vou t 输出饱与负电压。 国1 ■KT \ I V 咚庄
图3.8a.4 差分放大电路 差分放大器 如图所示，通过采用两个输入，该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数 运算放大器的单电源供电方法 大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电，只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作，如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。需要说明的是，单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作，也可在双电源供电状态下工作。例如，LM324可以在、+5～+12V单电源供电状态下工作，也可以在+5～±12V双电源供电状态下工作。 在一些交流信号放大电路中，也可以采用电源偏置电路，将静态直流输出电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如图1(b)所示。 该电路的增益Avf＝－RF／R1。R2＝R3时，静态直流电压Vo(DC)＝1／2Vcc。耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。Cl及C2可由下式来确定：C1＝1000／2πfoRl(μF)；C2＝1000／2πfoRL(μF)，式中，fo是所要求最低输入频率。若R1、RL单位用kΩ，fO用Hz，则求得的C1、C2单位为μF。一般来说，R2＝R3≈2RF。 图2是一种单电源加法运算放大器。该电路输出电压Vo＝一RF(V1／Rl十V2／R2十V3／R3)，若R1＝R2＝R3＝RF，则Vo＝一(V1十V2十V3)。需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。它是个甲类放大器，在无信号输入时，损耗较大。 思考题(1)图3是一种增益为10、输入阻抗为10kΩ、低频响应近似为30Hz、驱动负载为1kΩ的单电源反相放大器电路。该电路的不失真输入电压的峰—峰值是多少呢?(提示：一般运算放大器的典型输入、输
运算放大器可以用作比较器 许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用。一般而言，当您只需要一个简单的比较器，并且您在四运算放大器封装中还有一个“多余”的运算放大器时，这种做法是可行的。只是运算放大器需要相位补偿才能运行，因而把运算放大器用作比较器时其速度会非常低，但是如果对速度要求不高，则运算放大器可以满足需求。偶尔会有人问到我们运算放大器的这种使用方法，因为他们发现这种方法有时有效，有时却不如人们预期的那样效果好。为什么会出现这种情况呢？ 许多运算放大器都在输入端之间有电压钳位，其大多数一般都使用背靠背二极管（有时使用两个或者更多的串联二极管）来实施。这些二极管保护输入晶体管免受其基极结点反向击穿的损害。许多IC工艺在差动输入约为6V时便会出现击穿，这会极大地改变或者损坏晶体管。图1显示了NPN输入级，D1和D2提供了这种保护功能。 图1 在大多数常见运算放大器应用中，输入电压均约为零伏，根本无法开启这些二极管。但是很明显，对于比较器的运行而言，这种保护便成了问题。在一个输入拖拽另一个输入（以一种讨厌的方式拉其电压）以前，差动电压范围（约0.7V）受限。尽管如此，我们还是可以把运算放大器用作比较器。但是，在我们这样做时必须小心谨慎。在一些电路中，这种做法可能是完全不能接受的。问题是我们（包括其他运算放大器厂商）并没有总是说明这些钳位的存在，即使有所说明，可能也不会做详细的解释或
者阐述。也许我们应该说：“用作比较器时，请小心谨慎！”产品说明书的作者们通常也只是假设您肯定会把运算放大器当作运算放大器用。 TI在美国亚利桑那州图森产品部召开了一个会议，会议决定，TI以后将会更加清楚地说明这种情况。但是，现在已经生产出来的运算放大器怎么办呢？下列指导建议可能会对您有所帮助： 一般而言，双极NPN晶体管运算放大器都有输入钳位，例如：OP07、OPA227和 OPA277等。uA741是一个例外，它具有NPN输入晶体管，并且有一些为NPN提供固有保护的附加串联横向PNP。 图2 使用横向PNP输入晶体管的通用运算放大器一般没有输入钳位，例如：LM324、LM358、OPA234、OPA2251和OPA244。这些运算放大器一般为“单电源”类型，意味着它们拥有扩展至负电源端（或者稍低）的共模范围。输入偏置电流为负数时，表示输入偏置电流自输入引脚流出。这时，通常可以认定它们为这类运算放大器。但是，需要注意的是，使用PNP输入的高速运算放大器一般有输入钳位，而这些PNP是一些具有更低击穿电压的垂直PNP。
全面分析运算放大器和电压比较器的区别 作者： 运算放大器和比较器无论外观或图纸符号都差不多，那么它们究竟有什么区别，在实际维修中如何区分？今天我来图文全面分析一下，夯实大家的基础，让维修更上一层楼。 先看一下它们的内部区别图:
从内部图可以看出运算放大器和比较器的差别在于输出电路。运算放大器采用双晶体管推挽输出，而比较器只用一只晶体管，集电极连到输出端，发射极接地。比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻，该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。 运算放大器可用于线性放大电路（负反馈），也可用于非线性信号电压比较（开环或正反馈）。
电压比较器只能用于信号电压比较，不能用于线性放大电路（比较器没有频率补偿）。 两者都可以用于做信号电压比较，但比较器被设计为高速开关，它有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。 运算放大器：做为线性放大电路，我这里就不多说了（以后有需要单独讨论放大器），这个在主板电路图很常见，一般用于稳压电路，使用负反馈电路它与晶体管配合相当于一个三端稳压器，但使用起来更灵活。如下图： 在许多情况下，需要知道两个信号中哪个比较大，或一个信号何时超出预设的电压（用作电压比较）。用运算放大器便可很容易搭建一个简单电路实现该功能。当V+电压大于V-电压时，输出高电平。当V+电压小于V-电压时，输出低电平。如下图：
分析一下电路，2.5v经电阻分压得到1V输入到V-端，当总线电压正常产生1.2v时，输入到V+，此时V+电压比V-电压高，输出一个高电平到CPU电源管理芯片的EN开启脚。如果总线电压没输出或不正常少于1v，此时V+电压比V-电压低，输出低电平。 电压比较器：当比较器的同相端电压（V+）低于反相端电压（V-）时，输出晶体管导通，输出接地低电平；当同相端电压高于反相端时，输出晶体管截止，通过上拉电阻的电源输出高电平。如下图：
全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： 直流增益：>80dB 单位增益带宽：>50MHz 负载电容：＝5pF 相位裕量：>60度 增益裕量：>12dB 差分压摆率：>200V/us 共模电压：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的 ,DSAT N V 之和小于，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。对于单 级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 性能指标分析 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω =
运放与比较器的区别 运算放大器和比较器如出一辙，简单的讲，比较器就是运放的开环应用，但比较器的设计是针对电压门限比较而用的，要求的比较门限精确，比较后的输出边沿上升或下降时间要短，输出符合TTL/CMOS 电平/或OC等，不要求中间环节的准确度，同时驱动能力也不一样。一般情况：用运放做比较器，多数达不到满幅输出，或比较后的边沿时间过长，因此设计中少用运放做比较器为佳。 运放和比较器的区别 比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下: 1、比较器的翻转速度快，大约在ns数量级，而运放翻转速度一般为us数量级(特殊的高速运放除外)。 2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。 补充:比较器工作在非线性条件下,强调的是翻转速度,放大器用于放大,比较注重的是线性.当用比较器作放大时会发现放大输出失真,即使放大负反馈较深也非常明显,而用运放做比较器时,会发现翻转速度不够. 运放可以做比较器，同时也可以作为放大器，比较器只能做比较器。 比较器在最常用的简单集成电路中排名第二，仅次于排名第一的运算放大器。在各类 出版物中可以经常看到运算放大器的理论，关于运算放大器的设计和使用方法的图书也非 常多，可是我们却很难找到关于比较器的理论研究，究其原因，比较器本身功能十分简 单，只用于比较电压，然后根据比较结果，把输出电压设定在数字低态或高态。 很多人认为比较器类似于没有反馈引脚的运算放大器，真实情况并不是这样，当使用 比较器防止负面的意外事件时，我们应该了解更多的技术背景知识。 比较器可以用运算放大器代替吗吗？？？？ a) 过零比较器 b) 电压传输特性 在开环或高增益配置中用运算放大器代替比较器是十分常见的，虽然最好是使用专门 优化的比较器，但是用运算放大器代替比较器也是可以的。运算放大器是一种为在负反馈 条件下工作设计的电子器件，设计重点是保证这种配置的稳定性，压摆率和最大带宽等其
全差分运算放大器设计 岳生生（6） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11135711 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益 9 2 291129 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- +P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
One Technology Wa y ? P .O. Box 9106 ? No rwood, MA 02062-9106, U.S.A. ? Tel: 781.329.4700 ? Fax: 781.461.3113 ? https://www.doczj.com/doc/613134712.html, AN-849应用笔记 将运算放大器用作比较器 作者：James Bryant 06125-001 图1 为什么要将运算放大器用作比较器？ ????方便 经济低I B 低V OS 为什么不要将运算放大器用作比较器？ ?速度 ?不便的输入结构?不便的逻辑结构?稳定性/迟滞 简介 比较器是一种带有反相和同相两个输入端以及一个输出端的器件，该输出端的输出电压范围一般在供电的轨到轨之间。运算放大器同样如此。 然而，将运算放大器当作比较器使用却非常吸引人，其中原因有多种。本文余下部分将简要讨论将运算放大器用作比较器可能产生的各种意外后果，并总结其中的原因和注意事项。 不将运算放大器用作比较器的原因也有多种。最重要的原因是速度，不过也有输出电平、稳定性(和迟滞)，以及多种输入结构考虑。以下各节将详细讨论这些因素。 将运算放大器用作比较器的原因有多种。有些属于技术范畴，而有个原因则纯属经济使然。运算放大器不但有单运放封装，同时提供双运放或四运放型号，即将两个或四个运算放大器集成在一个芯片上。这类双核和四核型号比两个或四个独立运算器便宜，而且占用电路板面积更小，进一步节省了成本。尽管将四运放器件中的闲置运算放大器用作比较器而不是单独购买比较器实为经济之举，但这并不符合良好设计规范。 比较器专门针对干净快速的切换而设计，因此其直流参数往往赶不上许多运算放大器。因而，在要求低V OS 、低I B 和宽CMR的应用中，将运算放大器用作比较器可能比较方便。如果高速度非常重要，将运算放大器用作比较器将得不偿失。 比较器具有低偏置电压、高增益和高共模抑制的特点。运算放大器亦是如此。 那么两者之间有何区别呢？比较器拥有逻辑输出端，可显示两个输入端中哪个电位更高。如果其输出端可兼容TTL 或CMOS(许多比较器的确如此)，则比较器的输出始终为正负电源的轨之一，或者在两轨间进行快速变迁。运算放大器有一个模拟输出端，但输出电压通常不靠近两个供电轨，而是位于两者之间。这种器件设计用于各种闭环应用，来自输出端的反馈进入反相输入端。但多数现代运算放大器的输出端可以摆动到供电轨附近。为何不将它们用作比较器呢？ 运算放大器具有高增益、低偏置和高共模抑制的特点。其偏置电流通常低于比较器，而且成本更低。此外，运算放大器一般提供两个或四个一组的封装模式。如果需要三个运算放大器和一个比较器，购买四个运算放大器，使其中之一闲置，然后再单独买一个比较器，这样做似乎毫无意义。 然而，把运算放大器用作比较器时，最好的建议其实非常简单，那就是切勿这样做！ 比较器设计用于开环系统，用于驱动逻辑电路，用于高速工作，即使过载亦是如此。而这些均不是运算放大器的设计用途。运算放大器设计用于闭环系统，用于驱动简单的电阻性或电抗性负载，而且不能过载至饱和状态。
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=（1+Rf）Vi ，那是一个反向放大器，然后得岀Vo=- Rf*Vi……最后学生往往得岀这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给岀的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和 “虚断”，不过要把它运用得岀神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输 出电压是有限的，一般在10 V~ 14 V。因此运放的差模输入电压不足 1 mV，两输入端近似等电位，相 当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M Q以上。因此流入运放输入端 的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻 越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输岀关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂；也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 （原文件名：1.jpg） 引用图片
差分运算放大器基本知识-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信 号V ocm为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分，差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out-)/2，Vocm=(V out++V out-)/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的 摆幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
第5章集成运算放大器 5.1 集成运放的基本组成 5.2 集成运放的基本特性 5.3 放大电路中的负反馈 5.4 集成运放在模拟信号运算方面的应用5.5 集成运放在幅值比较方面的应用 *5.6 应用举例
5.1 集成运放的基本组成 5.1.1 概述 5.1.2 集成运放的输入级电路——差分放大 电路 5.1.3 集成运放的输出级电路——互补对称 电路 5.1.4 集成运放的图形符号和信号输入方式
5.1.1 概述 集成运放是一种具有很高的电压放大倍数，性能优越，集成化的多级放大器。 类型：通用型、专用型 集成运放的基本组成框图 输入级- + u o 中间级输出级 偏置电路 u-u+
?输入级 ?中间级 ?输出级 ?偏置电路 多级放大器的耦合方式：阻容耦合 变压器耦合 直接耦合
5.1.2 集成运放的输入级电路 ——差分放大电路 -+ +U CC E U Z ---+-+ u i1 u i2u i -U EE -+D Z i C3 u o1u o2++T 3 T 2 T 1 R C R C R 1 R L +u o -i B3B 3R 2 电路特点：对称；双湍输 入，双湍输出。 1.静态分析 120 i i u u ==12,B B I I =12,C C I I =12 C C u u =120 o C C u u u =-=温度变化引起的漂移 12,B B i i ''=12,C C i i ''=12 C C u u ''=120o C C u u u '''=-=
2.动态分析 差模信号输入 差模信号——12, i i u u =-大小相同，极性相反。 12i i u u 与111222 ,i b c i b c u i i u i i →→、、11b c i i 、分别与22b c i i 、大小相同，方向相反； 12o o u u 与大小相同，极性相反。 12o o o u u u =-故 ，有输出电压，具有放大作用。 记差模放大倍数为d A -++U CC E U Z -- -+- + u i1 u i2 u i -U EE -+D Z i C3 u o1u o2++T 3 T 2 T 1 R C R C R 1 R L +u o -i B3B 3R 2
比较器和运算放大器——它们可能永远不可能做相同的应用（或Punch先生的忠告） 技术分类：模拟与无源器件发表时间：2006-09-18 解答：因为情况不是那样。 我对于那些想拿运算放大器做比较器的人的建议和Punch先生对那些要结婚的人的忠告是一样的，“别那样做！” 比较器具有差分输入和输出幅度接近电源电压（R-R）特性。运算放大器也是如此。比较器具有低失调电压、高增益和高共模抑制比（CMRR）。运算放大器也是如此。但比较器适合于开环工作、驱动逻辑电路、即使在过驱动情况下也能高速工作，并且可接受大的差分输入电压。运算放大器适合于闭环工作、驱动简单电阻或电抗负载——所以不适合于快速恢复过驱动。但运算放大器比较便宜，一个封装内常常包含4个，并且它的失调电压和偏置电流技术指标都优于大多数比较器。 将运算放大器当作比较器使用造成困难的原因主要有三点：速度、逻辑驱动能力和输入结构的不同影响。 比较器适合于处理大的差分输入信号，而运算放大器适合于两个输入端以相同电位闭环工作。如果运算放大器的输入端甚至只有几毫伏（mV）的差分输入电压，那么其内部电路就可能饱和。运算放大器的恢复时间可能非常慢，并且根据过驱动程度和器件之间的差异性它可能有很大的变化。这种恢复时间的变化和速度的损失对比较器来说是不希望的。 最后，运算放大器的两个输入端通常具有很高的输入阻抗和很低的偏置电流。但是如果对其两个输入端施加超过几百豪伏(mV)的差分输入电压，那么情况就可能不再是这样，各种不理想的行为就会出现。另外，较高的过驱动也可能会给运算放大器的输入级造成小的损害，结果导致在实验室开发期间可能被忽视的缓慢累积的长期的性能损害。 运放和比较器的根本区别 ⑴： 放大器与比较器的主要区别是闭环特性! 放大器大都工作在闭环状态,所以要求闭环后不能自激.而比较器大都工作在开环状态更追求速度.对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器(要主意输出电平),反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用. 因为比较器为了提高速度进行优化,这种优化却减小了闭环稳定的范围.而运放专为闭环稳定范围进行优化,故降低了速度.所以相同价位档次的比较器和放大器最好是各司其责. ⑵： 运算放大器和比较器如出一辙，简单的讲，比较器就是运放的开环应用，但比较器的设计是针对电压门限比较而用的，要求的比较门限精确，比较后的输出边沿上升或下降时间要短，输出符合TTL/CMOS 电平/或OC 等，不要求中间环节的准确度，同时驱动能力也不一样。一般情况：用运放做比较器，多数达不到满幅输出，或比较后的边沿时间过长，因此设计中少用运放做比较器为佳。
比较器与运算放大器的区别: 1.放大器与比较器的主要区别是闭环特性! 放大器大都工作在闭环状态,所以要求闭环后不能自激.而比较器大都工作在开环状态更追求速度.对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器(要主意输出电平),反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用. 因为比较器为了提高速度进行优化,这种优化却减小了闭环稳定的范围.而运放专为闭环稳定范围进行优化,故降低了速度.所以相同价位档次的比较器和放大器最好是各司其责.如同放大器可以用作比较器一样,也不能排除比较器也可以用作放大器.但是你为了让它闭环稳定所付出的代价可能超过加一个放大器! 换言之,看一个运放是当作比较器还是放大器就是看电路的负反馈深度.所以,浅闭环的比较器有可能工作在放大器状态并不自激.但是一定要作大量的试验,以保证在产品的所有工作状态下都稳定!这时候你就要成本/风险仔细核算一下了. 2.运算放大器和比较器如出一辙，简单的讲，比较器就是运放的开环应用，但比较器的设计是针对电压门限比较而用的，要求的比较门限精确，比较后的输出边沿上升或下降时间要短，输出符合TTL/CMOS 电平/或OC 等，不要求中间环节的准确度，同时驱动能力也不一样。一般情况：用运放做比较器，多数达不到满幅输出，或比较后的边沿时间过长，因此设计中少用运放做比较器为佳。 比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下: 1、比较器的翻转速度快，大约在ns 数量级，而运放翻转速度一般为us 数量级(特殊的高速运放除外)。 2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。 本文来自: https://www.doczj.com/doc/613134712.html, 原文网址：https://www.doczj.com/doc/613134712.html,/articlescn/basic/5991.html