运算放大器的参数
栏目:技术知识 发布时间:2025-07-07 09:25:24
运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路,其输入级是差分放大电路,具有高输入电阻和抑制零点漂移能力;中间级主要进行电压放大,具有高电压放大倍数,一般由共射极放大电路构成;输出极与负载相连,具有带载能力强、低输出电阻特点。了解运算放大器的参数能够更好的的了解其应用广泛。

开环电压增益

开环电压增益 Auo 表示运放工作在线性放大区下的放大倍数,用 dB 表示。

失调 / 偏移电压

失调电压 VOSInput Offset Voltage)有时候也称输入偏置电压。指的是运放输入端为 0V 的条件下,理想运放输出应为零,但实际运放输出不为零,则实际输出电压除以增益得到的等效输入电压称为失调电压。失调电压实际上反映了运放内部的对称性。

失调电压的影响因素有温度(对应失调电压的温漂)、电源波动(对应电源抑制比)。失调电压是直流偏置,会叠加在输出上,如果输出为交流信号,只需考虑叠加后是否会超过供电电压导致信号失真。

我们知道,同相放大器的放大公式是 VOUT=VIN(RFRG+1),如果考虑失调电压的影响,那么输出为 VOUT=(VIN+VOS)(RFRG+1)

失调电压温漂

失调电压温漂 TCVOS 表示输入失调电压变化量与温度变化量的比值(芯片工作温度范围内)。失调电压温漂会导致失调电压发生变化,影响运放输出。

 

输入失调电流

失调电流 IOS 指当运放输出为零时,两个输入端流入 / 流出直流电流的差值。失调电流受制造工艺的影响。IOS=IB++IB−

 

输入偏置电流

偏置电流 IB 指当运放输出为零时,两个输入端流入 / 流出直流电流的均值。

IB=IB++IB−2

偏置电流受制造工艺的影响,双极型工艺输入偏置电流在 10nA~1μA 之间;场效应管工艺输入偏置电流一般低于 1nA。可通过在同相端增加匹配电阻,消除误差。

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增益带宽积

增益带宽积 GBWGain–bandwidth productGBWP/GBW/GBP/GB)指在某频率(一般为运放增益衰减 -3dB)下开环电压增益与测量频率(带宽)的乘积。

GBW=Auo∗BW

增益带宽积受运放内结电容的频率响应特性影响。在设计中如果发现高频信号增益大小受限,则必须选用 GBP 参数较大的运放。

 

共模抑制比

共模抑制比 CMRRCommon Mode Rejection RatioCMRR)指的是共模电压范围(CMVR)与此范围内的输入失调电压(ΔVOOS)变化的比值,结果用 dB 表示。

CMRR=20log(CMVRVOOS)

共模抑制比受电路对称性(失调电流等参数)、线性工作范围的影响。此参数是为了表示差分放大电路抑制共模信号、放大差模信号的能力。共模抑制比高,意味着可以更加抑制共模输入的干扰信号,提高信噪比。

 

转换速度

转换速度 SRSlew RateSR)也称压摆率。表示在大信号条件下,输出电压变化的最大速率。

SR=2πfVpk

其中,f 为最大频率(一般为带宽),Vpk 是放大输出信号的最大峰峰值。

 

转换速度用于评价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。

 

其他参数

共模电压范围 CMVR:也称为输入电压范围,如果两个输入端输入电压超出此范围,输出将发生削波或过大非线性现象。

全功率带宽:指在单位增益下测得的最大频率,在此频率下可以得到一个正弦信号的额定输出电压,且压摆率不会导致信号失真。

工作电源电压范围:运放正常工作时,能施加的电源电压范围。

电源抑制比 PSRR:电源电压的变化与输入失调电压的变化之比,结果用 dB 表示。

建立时间:施加一个阶跃输入后,放大器建立至某一预定的精度水平或输出电压百分比所需的时间。

电源电流:放大器空载工作时电源电压需提供的电流。

 

根据参数选型

根据参数挑选运算放大器,大致有以下步骤:

判断输入信号类型:直流需注意失调电流、失调电压;差分输入需判断是否选择仪表放大器;高频交流信号需注意增益带宽积 GBW 和转换速度 SR

判断精度要求:需要考虑失调电压、偏置电流、失调电流、共模抑制比对精度影响,判断是否选用高阻运放或精密运放。

判断环境条件:需要注意运放的温度量程,注意温漂,注意电源纹波抑制比 PSRR 的影响。

判断其他要求:通道数、单 / 双电源供电(轨对轨信号失真小,可满幅值输出)、功率大小(高压 / 大电流情况下)。

 

根据用途选型按照用途,运算放大器大致分为:

通用运放:对各类要求均不高的器件,注重通用与性价比。

音频运放:超低噪声(高保真)、低功耗(高续航)。

高速运放(GBW≥50MHz):低功耗、低噪声 SNR

功率运放:高电压、大电流。

精密运放(Vos<1mV):低失调电压,或低温漂、低噪声、低功耗、宽带宽。