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1、如何选择运放参数：15个运放的参数和选择

偏置电压和输入偏置电流

在精密电路设计中，偏置电压是一个关键因素。对于那些经常被忽视的参数，诸如随温度而变化的偏置电压漂移和电压噪声等，也必须测定。精确的放大器要求偏置电压的漂移小于200μV和输入电压噪声低于6nV/√Hz。随温度变化的偏置电压漂移要求小于1μV/℃ 。

低偏置电压的指标在高增益电路设计中很重要，因为偏置电压经过放大可能引起大电压输出，并会占据输出摆幅的一大部分。温度感应和张力测量电路便是利用精密放大器的应用实例。

低输入偏置电流有时是必需的。光接收系统中的放大器就必须具有低偏置电压和低输入偏置电流。比如光电二极管的暗电流电流为pA量级，所以放大器必须具有更小的输入偏置电流。CMOS和JFET输入放大器是目前可用的具有最小输入偏置电流的运算放大器。

因为我现在用的是光电池做采集的系统，所以在使用中重点关心了偏置电压和电流。如果还有其他的需要，这时应该对 其他参数也需要多考虑了。

1、输入失调电压VIO(Input Offset Voltage)

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。

2、输入失调电压的温漂αVIO(Input Offset Voltage Drift)

输入失调电压的温度漂移(又叫温度系数)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(Input Bias Current)

在使用运放中可能还会遇到一个输入偏置电流IB，输入偏置电流是指第一级放大器输入晶体管的基极直流电流。这个电流保证放大器工作在线性范围，为放大器提供直流工作点。

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。

对于双极性运放，该值离散性很大，但几乎不受温度影响;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。

4、输入失调电流(Input Offset Current)

输入失调电流 offset current，是指两个差分输入端偏置电流的误差。

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、输入阻抗

(1)差模输入阻抗

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。

(2)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。

6、电压增益

(1)开环电压增益(Open-Loop Gain)

在不具负反馈情况下(开环路状况下)，运算放大器的放大倍数称为开环增益，记作AVOL，有的datasheet上写成：Large Signal Voltage Gain。AVOL的理想值为无限大，一般约为数千倍至数万倍，其表示法有使用dB及V/mV等。

(2)闭环电压增益(Closed-Loop Gain)

顾名思义，就是在有反馈的情况下，运算放大器的放大倍数。

7、输出电压摆幅(Output Voltage Swing)

当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度。

8、输入电压范围

(1)差模输入电压范围

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)共模输入电压范围(Common Mode Input Voltage Range)

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。

9、共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio)

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，它能够抑制共模干扰信号。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(Supply Voltage Rejection Ratio)

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。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、静态功耗

运放在给定电源电压下的静态功率，通常是无负载状态下。

这里就会有个静态电流 IQ的概念，静态电流其实就是指运放在空载工作时自身消耗的电流。这是运放消耗电流的最小值(排除休眠状态)

12、摆率(Slew Rate)

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

(1)增益带宽积(Gain Bandwidth Product)

增益带宽积，GBP，带宽与增益的积。

(2)单位增益带宽

运算放大器放大倍数为1时的带宽。

单位增益带宽和带宽增益积这两个概念有些相似，但不同。这里需要说明的是对电压反馈型运放来说，增益带宽积是一个常数，而对于电流型运放来说却不是这样的，因为对于电流型运放而言，带宽和增益不是一个线性的关系。

14、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。这个参数在开环的状态下测试。

15、等效输入噪声电压(Equivalent Input Noise Voltage)

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。

2、如何选择运放参数，资深工程师教你如何选择运放

资深工程师教你如何选择运放

目前市场运放种类繁多，面对不同的使用条件和环境，是否都能选择一样的运放呢？没关系，这是很多电子工程师都会困惑的问题，接下来为你揭开运放选型的神秘面纱。

该如何分析运放电路呢？

在学习运放选型前，我们需要先来透测的学习运放电路的内部结构和原理，对于我们来说是模拟电路中十分重要的元件，它能组成放大、加法、减法、转换等各种电路，我们可以运用运放的"虚短"和"虚断"来分析电路，然后应用欧姆定律等电流电压关系，即可得输入输出的放大关系等。

由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算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1MΩ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。

下面本文用虚断和虚断方法来对实际的电路进行分析，如图1-1所示，是常见的反相比例运算放大电路：

在反相放大电路中，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压Vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。

运放的同相端接地=0V，反相端和同相端虚短，所以也是0V，反相输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和Rf相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过Rf的电流是相同的。

根据欧姆定律：

Is= (Vs- V-)/R1……......…（1）

If= (V- - Vo)/Rf……...........（2）

V- = V = 0 ……......………（3）

Is= If ……………......………（4）

求解后可能Vo== (-Rf/R1)*Vi

在分析电路的过程中，暂时不用管运放的其他特性，就根据虚短和虚断的特性来分析。当然，若运放不工作在放大区时，不满足虚短和虚断发条件，不能使用此种方法来分析，如比较器。

如下图1-2，是运放实现的加法器，用虚短和虚断的方法来分析此电路。

由于电路存在虚短，运放的净输入电压vI=0，反相端为虚地。

vI=0，vN=0…………………............................（5）

反相端输入电流iI=0的概念，通过R2与R1的电流之和等于通过Rf的电流故

(Vs1 – V-)/R1 (Vs2 – V-)/R2 = (V- –Vo)/Rf....（6）

如果取R1=R2=R3，由a，b两式解得

-Vout=Vs1 Vs………..................................……（7）

式（7）中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号。

简言之，虚短是运放正输入端和负输入端的电压相等，近似短路；虚断是流入正负输入端的电流为0。只要掌握了这一点，再运用欧姆定律，即可很容易的分析同相比例放大电路，反向比例放大电路等常用的运放放大电路。

运放具体该怎么选择呢？

1、通用型运算放大器

通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例mA741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放)，它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。

2、精密运算放大器

精密运算放大器一般指失调电压低于1mV的运放，对于直流输入信号，输入失调电压(VOS)和它的温漂小就行，但对于交流输入信号，我们还必须考虑运放的输入电压噪声和输入电流噪声，在很多应用情况下输入电压噪声和输入电流噪声显得更为重要一些。在传感器类型和(或)其使用环境带来许多特别要求时，例如超低功耗、低噪声、零漂移、轨到轨输入及输出、可靠的热稳定性和对数以千计读数和(或)在恶劣工作条件下提供一致性能的可再现性，运算放大器的选择就会变得特别困难。精密放大电路会多一些电源去耦，滤波等特殊设计的电路。主要区别在于运算放大器上，精密运算放大器的性能比一般运放好很多，比如开环放大倍数更大，CMRR更大，速度比较慢，GBW，SR一般比较小。失调电压或失调电流比较小，温度漂移小，噪声低等等。好的精密运放的性能远不是一般运算放大器可以比得，一般运放的失调往往是几个mV，而精密运放可以小到1uV的水平。要放大微小的信号，必须用精密运放，用了一般的运放，它自身都会带入很大的干扰。要通过外围电路改善，小幅或者微调可以，但无法大幅度或者彻底改变。最常用的精密运放就是OP07，以及它的家族，OP27，OP37，OP177，OPA2333。其他的还有很多，比如美国AD公司的产品，很多都是OPA带头的。

3、高阻型集成运算放大器

高阻型集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>(109~1012)W,IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。

4、低温漂型运算放大器

在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。

5、高速型运放

高速型运放在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

6、低功耗型运放

低功耗型运放由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携运算放大器式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单节电池供电。

7、高压大功率型运算放大器

高压大功率型运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V,mA791集成运放的输出电流可达1A。

相信通过上面的介绍，对不同使用条件下是否能使用同一种运放，显然是比较清楚的，实际选择集成运放时,还应考虑其他因素。例如信号源的性质,是电压源还是电流源;负载的性质,集成运放输出电压和电流的是否满足要求;环境条件,集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求。

最后再赠送大家一些评价运放的小经验，评价集成运放性能的优劣,应看其综合性能。SR为转换率,单位为V/ms,其值越大,表明运放的交流特性越好;Iib为运放的输入偏置电流,单位是nA;VOS为输入失调 电压,单位是mV。Iib和VOS值越小,表明运放的直流特性越好。所以,对于放大音频、视频等交流信号的电路,选SR(转换速率)大的运放比较合适;对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较的高的运放比较合适(既失调电流、失调电压及温飘均比较小)。在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成运放,这样既可降低成本,又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时,尽可能选用多运放集成电路,例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。

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