下载文档原格式
运算放大器参数详解(二)运算放大器参数详解1. 引言运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是电子电路中最常用的集成电路之一，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。
本文将详细解释运算放大器的几个重要参数。
2. 增益增益是运算放大器最重要的性能指标之一，通常用电压增益表示。
它可以分为三个级别：•开环增益：即放大器内部的增益，通常非常大，可以达到几十万或更高。
•差模输入电压增益：当放大器的两个输入端有差异时，输出的增益。
•单端输入电压增益：当放大器的一个输入端和参考电位有差异时，输出的增益。
3. 带宽带宽是指运算放大器能正常工作的频率范围。
一般来说，带宽越大越好。
带宽的计算公式为：[ = ]4. 输入电阻和输出阻抗输入电阻是指放大器的输入端对电压信号的阻抗，输出阻抗是指输出端对负载的阻抗。
一般来说，输入电阻越大越好，输出阻抗越小越好。
它们可以影响放大器的稳定性和性能。
5. 器件参数器件参数是指运算放大器本身的特性参数，如偏置电流、输入偏置电流和漂移、噪声等。
这些参数对放大器的性能和稳定性有重要影响，需要根据具体应用进行选择。
•偏置电流：放大器输入端的直流电流。
•输入偏置电流和漂移：输入端电流和漂移对放大器的性能和稳定性有影响。
•噪声：放大器的噪声对信号的清晰度和精度有直接影响。
6. 综合性能指标基于以上参数和特点，可以综合评估运算放大器的性能，如稳定性、线性度、精度和动态性能等。
这些指标可以帮助选择合适的运放器件，以满足具体应用的需求。
结论运算放大器是电子电路中不可或缺的重要元件，准确了解和理解运算放大器的参数对于正确设计和选择放大器至关重要。
只有综合考虑各项参数，才能选择适合自己应用的运放器件，并获得理想的性能。
运算放大器常见指标及重要特性运算放大器是一种电子放大器，用于放大微弱电信号。
它是现代电子系统中的关键组件之一，广泛应用于各种电路中，如音频放大器、通信电路、仪器仪表、运算放大电路等。
了解运算放大器的常见指标和重要特性对于正确选择和应用运算放大器至关重要。
下面是关于运算放大器常见指标和重要特性的详细介绍。
1.常见指标(1)增益：运算放大器的增益是指输入信号和输出信号之间的放大倍数。
运算放大器的增益通常用电压增益来表示，即输出电压与输入电压之比。
(2)输入阻抗：运算放大器的输入阻抗是指输入端对外界电路的负载特性，也就是输入电路对外界电路之间的阻抗。
输入阻抗越大，对外界电路的负载影响越小。
(3)输出阻抗：运算放大器的输出阻抗是指输出端对外界电路的负载特性，也就是输出电路对外界电路之间的阻抗。
输出阻抗越小，对外界电路的阻抗匹配越好。
(4)带宽：运算放大器的带宽是指在指定的增益范围内，能够传递的频率范围。
带宽越大，运算放大器能够传递的高频信号越多。
(5)零点抵消：运算放大器的零点抵消是指在输出电压为零时，输入电压不为零的情况下，输出电压的漂移量。
零点抵消越好，运算放大器的精度越高。
2.重要特性(1)运算精度：运算放大器的运算精度是指在给定的测量条件下，输出结果与实际值之间的偏差大小。
运算精度越高，运算放大器输出的信号越准确。
(2)稳定性：运算放大器的稳定性是指在不同工作条件下，输出信号的稳定程度。
稳定性越好，运算放大器的输出信号波动越小。
(3)噪声：运算放大器的噪声是指在运放输入端产生的不可避免的电压或电流波动。
噪声越小，运算放大器的信噪比越高。
(4)温度漂移：运算放大器的温度漂移是指在温度变化的情况下，输出信号的稳定程度。
温度漂移越小，运算放大器的性能越稳定。
(5)电源电压范围：运算放大器的电源电压范围是指能够正常工作的电源电压范围。
电源电压范围越大，运算放大器的适用范围越广。
(6)输入偏置电流：运算放大器的输入偏置电流是指在没有输入信号的情况下，输入端电流的大小。
运算放大器的参数指标1. 开环电压增益Avd开环电压增益（差模增益）为运算放大器处于开环状态下，对小于200Hz的交流输入信号的放大倍数，即输出电压与输入差模电压之比。
它一般为104~106，因此它在电路分析时可以认为无穷大。
2. 闭环增益AF闭环增益是运算放大器闭环应用时的电压放大倍数，其大小与放大电路的形式有关，与放大器本身的参数几乎无关，只取决于输入电组和反馈电阻值的大小。
反相比例放大器，其增益为AF=－3. 共模增益Avc和共模抑制比当两个输入端同时加上频率小于200Hz的电压信号Vic时，在理想情况下，其输出电压应为零。
但由于实际上内部电路失配而输出电压不为零。
此时输出电压和输入电压之比成为共模增益Avc。
共模抑制比Kcmr=，通常以对数关系表示：Kcmr=20log共模抑制比一般在80~120Db范围内，它是衡量放大器对共模信号抑制能力高低的重要指标。
这不仅是因为许多应用电路中要求抑制输入信号中夹带的共模干扰，而且因为信号从同相端输入时，其两个输入端将出现较大的共模信号而产生较大的运算误差。
4. 输入失调电压在常温（25℃）下当输入电压为零时，其输出电压不为零。
此时将其折算到输入端的电压称为输入失调电压。
它一般为±（0.2~15）mV。
这就是说，要使放大器输出电压为零，就必须在输入端加上能抵消Vio的差值输入电压。
5. 输入偏置电流在常温（25℃）下输入信号为零（两个输入端均接地）时，两个输入端的基极偏置电流的平均值称为输入偏置电流，即IIB=( IIB -＋ IIB+)它一般在10nA~1uA的范围内，随温度的升高而下降，是反映放大器动态输入电阻大小的重要参数。
6. 输入失调电流IIO输入失调电流可表示为IIO=︱IIB -－IIB+∣在双极晶体管输入级运算放大器中，IIO约为（0.2~0.1）IIB -或（0.2~0.1）IIB+。
当IIO流过信号源内阻时，产生输入失调电压。
运算放大器参数说明及选型指南一、运放的参数说明：1.增益：运算放大器的增益是指输出信号与输入信号之间的比值，通常用V/V表示。
增益可以是固定的，也可以是可调的。
增益决定了输出信号相对于输入信号的放大程度。
2.带宽：运算放大器的带宽是指在其增益达到-3dB时的频率范围。
带宽决定了运放的工作频率范围，对于高频应用，需要选择具有宽带宽的运放。
3.输入偏置电压：输入偏置电压是指在无输入信号时，运放输入端的直流偏置电压。
输入偏置电压可能会引入偏置误差，对于精密测量电路，需要选择输入偏置电压尽可能小的运放。
4.输入偏置电流：输入偏置电流是指在无输入信号时，运放输入端的直流偏置电流。
输入偏置电流可能会引起输入端的电平漂移，对于高精度应用，需要选择输入偏置电流尽可能小的运放。
5.输入偏置电流温漂：输入偏置电流温漂是指输入偏置电流随温度变化的比例。
输入偏置电流温漂可能会导致运放的工作点发生变化，对于温度变化较大的应用，需要选择输入偏置电流温漂较小的运放。
6.输入噪声：输入噪声是指在无输入信号时，运放输入端产生的噪声。
输入噪声可能会影响信号的纯净度，对于低噪声应用，需要选择输入噪声较低的运放。
7.输出电流：输出电流是指运放输出端提供的最大电流。
输出电流决定了运放的输出能力，在驱动负载电流较大的应用中，需要选择输出电流较大的运放。
8.输出电压：输出电压是指运放输出端能够提供的最大电压。
输出电压决定了运放的输出范围，在需要大幅度信号放大的应用中，需要选择输出电压较大的运放。
二、选型指南：1.确定应用需求：根据实际应用需求确定所需的放大倍数、带宽、输入/输出电压等参数。
例如，对于音频放大器，需要考虑音频频率范围、输出功率等因素。
2.选择性能指标：根据应用需求选择合适的性能指标。
不同应用对各个参数的要求可能会有所差异，需根据实际情况进行权衡与选择。
3.查询产品手册：查询供应商的产品手册或网站，获取相关产品的详细参数信息。
产品手册通常会提供各项参数的典型值和极限值，可以用于评估是否满足需求。
集成运放的特性和主要性能指标一、集成运放的电压传输特性和三项基本参数例：设Aod=105，、为±10V，则±Vin＝±10/105 ＝±10-4V ＝±0.1mV，集成运放线性放大区所对应的输入信号范围很小。
在理想条件下集成运放的电压传输特性曲线通过坐标原点。
运放的电压既可以用增量(或交流量)表示，也可以用瞬时量表示。
实际运放的传输特性曲线不通过坐标原点，称为输出失调。
为了弥补输出失调电压，通常在运放输入级电路中设置了调零端。
(1)开环差模电压放大倍数AodAod一般为104～106(即80～120dB)。
在手册中Aod 常以V/mV作单位，如100V/mV即为105。
(2)差模输入电阻Rid，。
如CF741的Rid≈1MΩ，高阻型运放的Rid 可达104M Ω以上。
(3)输出电阻Ro集成运放的输出电阻R。
，通常为100Ω至1kΩ之间。
二、集成运放的失调参数(1)输入失调电压VIO：集成运放在VId=0时的输出电压称作输出失调电压，记作Voo。
为了使输出电压回到零，需在输入端加上反向补偿电压，该补偿电压称为输入失调电压，。
(2)输入失调电压漂移dVIO/dT。
输入失调电压的温度系数，反映输入失调电压随温度而变化的程度。
(3)输入失调电流IIO。
反映集成运放输入端输入电流的不平衡程度。
：输入失调电流；：输入偏置电流。
(4)输入失调电流温漂dIIO/dT：反映输入失调电流IIO 随温度而变化的程度分析输出失调电压和失调电流的模型。
，(1) 应选择R1＝R2。
R1、R2 称为输入平衡电阻。
(2) R1和R2越小，则IIO对Voo的影响也越少。
因此，在实际使用时，要求运放两个输入端的外接平衡电阻相等且较小。
(3) 由于运放开环增益很大，即使运放输入端短路，运放的输出电压也已进入接近±Vcc的电压了(假定Aod=104，VIO为1.5mV，则Voo已达15V)。
运放参数解析定义全一、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，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。
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Gain Bandwidth=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。
三、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。
集成运算放大器的主要参数有那些？2 集成运算放大器的主要参数有那些？答：1）开环差模电压增益开环差模电压增益是集成运放无外加负反馈情况下的直流差模增益，一般用对数表示，单位为分贝。
2) 差模输入电阻它是从集成运放两个输入端看进去的动态电阻，它会随着环境温度和频率而变，选用时我们希望输入电阻越大越好。
实际集成运放的输入电阻在兆欧数量级。
3) 输出电阻集成运放在开环工作时，它的输出电压变化量与输出电流变化量之比值。
其值大小可反映运放带负载能力。
通常要求集成运放的开环输出电阻越小越好，典型值一般在几十到几百欧姆之间。
4) 共模抑制比定义为开环差模放大倍数与开环共模放大倍数的比值，一般也用分贝表示。
共模抑制比反映了集成运放抑制共模信号的能力，其值越大，说明运放对共模干扰的抑制能力越强。
5) 输入失调电压理性（理想）的运算放大器，当输入电压u+=u-时，输出电压uo=0。
但实际的运算放大器中，如果要使uo=0，必须在输入端加一个很小的补偿电压，这个假设的电压就是输入失调电压，一般在毫伏数量级，高质量的在1mv以下。
显然它越小越好。
6) 输入失调电压温漂输入失调电压温漂代表输入失调电压的温度系数，是衡量运放温漂的重要指标。
一般运放为每度10～20uV,高质量的低于每度0.5uV。
这个指标往往比失调电压更为重要，因为可以通过调整电阻的阻值人为地使失调电压等于零，但却无法将失调电压的温漂调至零，甚至不一定能使其降低。
7) 输入偏置电流当输入电压为零时，集成运放两输入端静态基极电流的算术平均值。
此值主要取决于集成运放输入极的静态集电极和输入极放大管的β值。
11) 输入失调电流输入失调电流是输入电压为零值时，集成运放两端静态基极电流的差值，反映差动放大管输入电流不对称的程度。
其值越小越好。
12) 输入失调电流温漂代表输入失调电流的温度系数。
一般为每度几纳安，高质量的只有每度几十个皮安。
13) 最大共模输入电压集成运放输入端所加的共模电压超过某个值时，其共模抑制比将显著下降，甚至使集成运放不能维持正常工作，这一电压称为最大共模输入电压，此值的大小，反映了集成运放所能承受的共模干扰能力的大小。
输入失调电压(O f f se t V o l t a g e，V O S)
定义：在运放开环使用时，加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为0。
优劣范围：1µV 以下，属于极优秀的。
100µV 以下的属于较好的。
最大的有几十mV。
对策：1、选择V OS远小于被测直流量的放大器，2、过运放的调零措施消除这个影响3、如果你仅关心被测信号中的交变成分，你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路，将其消除。
如果I B1=I B2，那么选择R1=R2//R F，可以使电流形成的失调电压会消失。
但实际中I B1=I B2很难满足
▶失调电压漂移(O ff s e t V o l t a g e Dr if t)
定义：当温度变化(µV/°C)、时间持续(µV/M O)、供电电压(µV/V)等自变量变化时，输入失调电压会发生变化。
后果：很严重。
因为它不能被调零端调零，即便调零完成，它还会带来新的失调。
对策：第一，就是选择高稳定性，也就是上述漂移系数较小的运放。
第二，有些运放具有自归零技术，它能不断地测量失调并在处理信号过程中把当前失调电压减掉。
第一、偏置电流如何补偿
对于我们常用的反相运算放大器，其典型电路如下：
在这种情况下，R3为平衡电阻，这样，在可以很好的保证运放的电流补偿，使正负端偏置电流相等。
若这些运算放大器知识你注意到了吗时，甚至取值更大时，会产生更大的噪声和飘逸。
但是，应大于输入信号源的内阻。
善于思考的工程师都会想到，当为同相放大器的时候，其原理又是什么呢?现在我们先回顾下同相运放的设计电路：
当计算出的Rp为负值时，需要将该电阻移动到正相端，与R1串联在输入端。
这里额外多插入一句，同相比例运放具有高输入阻抗，低输出阻抗的特性，广泛应用在前置运放电路中。
▶输入偏置电流(I np u t b i a s c u r r en t，I B)
定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的平均值。
Ib=(Ib1+Ib2)/2优劣范围：60f A~100µA。
后果：第一，当用放大器接成跨阻放大测量外部微小电流时，过
大的输入偏置电流会分掉被测电流，使测量失准。
第二，当放大器输
入端通过一个电阻接地时，这个电流将在电阻上产生不期望的输入电压。
对策：为避免输入偏置电流对放大电路的影响，最主要的措施是
选择 I B较小的放大器。
第二、调零电路种种
今天运放已经发展的很迅速，附注功能各式各样，例如有些运放已经具有
了调零的外接端口，此时依据数据手册进合适的电阻选择就可以完成运放调零。
例如LF356运放，其典型电路如下：
另外一些低成本的运放或许不带这些自动调节功能，那么作为设计师的我
们也不为难，通过简单的加法电路、减法电路等可以完成固定的调零(虽然有时这种做法有隔靴挠痒的作用)。
当要进行通常在补偿电路中增加一个三极管电路，利用PN结的温度特性，完成运放的温度补偿。
例如在LF355典型电路中将三极管电路嵌入在V+和25K
反馈电阻之间。
▶输入失调电流(I np u t o f f s e t c u rr en t，I O S)
定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的差值。
优劣范围：20f A~100µA。
Ib=I b1-I b2
后果：失调电流的存在，说明两个输入端客观存在的电流有差异，无法用外部电阻实现匹配抵消偏置电流的影响。
▶噪声指标(N o i s e)
运放常见的噪声根源有两类，一类为1/f 噪声，其电能力密度
曲线随着频率的上升而下降;一类为白噪声，或者叫平坦噪声，其电
能力密度曲线是一条直线，与频率无关。
如何根据da tas h ee t估算运放的噪声?
如何计算电阻的噪声??
噪声的有效值和峰峰值关系：噪声峰峰值为噪声有效值的 6.6 倍。
▶输入电压范围(I np u t V o l t a g e R an ge)
定义：保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。
也称为共
模输入电压范围。
当运放最大输入电压范围与电源范围比较接近时，
比如相差0.1V 甚至相等、超过，都可以叫“输入轨至轨”，表示为
R a il-t o-ra il i npu t，或R RI。
理解：运放的两个输入端，任何一个的输入电压超过此范围，都
将引起运放的失效。
注意，超出此范围并不代表运放会被烧毁，但绝
对参数中出现的此值是坚决不能超过的。
第三、相位补偿如何选择
当我们阅读一个集成运放数据手册的时候，会发现集成运放的内部其实是
一个多级的放大器，因此，不可避免的对系统引入了极点使得电路需要进行相
位补偿。
通常采用超前补偿、滞后补偿和滞后-超前补偿。
所谓的超前补偿就是相移减小的补偿，通俗的讲就是使电路出现零点，在
该频率处的输出信号比输入信号的相位超前45°。
通过计算将出现极点的频率
点人工设计出一个零点，从而使系统变得稳定。
滞后补偿通常可以理解为使相移增大的补偿。
可以使主极点频率降低，使放大器频带变窄，这样，就可以使运放电路在有限的带宽内只有一个极点，使运放电路变得容易调整。
第三种就是超前-滞后补偿，即采用合适的方法来处理运放单元。
总之，万变不离其踪。
▶输出电压范围(V OH/V O L或者S w i n g f r o m r a i l)
定义：在给定电源电压和负载情况下，输出能够达到的最大电压
范围。
当运放的输出范围已经接近于电源电压范围时，就自称“输出
轨至轨”，表示为 R a il-t o-ra il o utp u t，或RR O。
理解：在没有额外的储能元件情况下，运放的输出电压不可能超
过电源电压范围，随着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会
越大。
▶输出电压范围，或者输出至轨电压有如下特点：
1)正至轨电压与负至轨电压的绝对值可能不一致，但一般情况
下数量级相同;
2) 至轨电压与负载密切相关，负载越重(阻抗小) 至轨电压越大;
3)至轨电压与信号频率相关，频率越高，至轨电压越大，甚至会
突然大幅度下降;
4)至轨电压在 20mV以内，属于非常优秀。
5) R RI O(输入输出均轨至轨)
第四、容性负载该怎么处理
在平时的电子电路设计中，会由于不小心或者不注意负载的特性，而使电
路变得震荡，这时，我们就应该注意负载的特性了。
通常情况下，当负载为容性，通过估计其电容值小于2000pF时，通过在负
载和运放的输出端串联一个小的电阻来消除震荡。
电阻R2的大小为10-300Ω
之间。
当负载较大时，我们采用如下的方案进行消除：
补偿电容C2与反馈电阻R3构成超前补偿网络，形成新的零点，抵消容性负载Cl和运放输出电阻Ro构成的新极点，从而达到消除震荡的目的。
此时的补偿电容C2大小为C2=Cl(Ro+Rk)/R3 ,Rk取经验值10-300Ω。
