最新运算放大器设计总结

运算放大器的基本参数

1. 开环电压增益A OL

不带负反馈的状态下，运算放大器对直流信号的放大倍数。电压反馈运算放大器采用电

压输入/电压输出方式工作，其开环增益为无量纲比，所以不需要单位。但是，数值较小时，为方便起见，数据手册会以V/mV或V/ yV代替V/V表示增益，电压增益也可以dB形式表示，换算关系为dB = 20 xiogAVOL。因此，1V/ ^V的开环增益相当于120 dB，以此类推。该参数与频率密切相关，随着频率的增加而减小，相位也会发生偏移。

对于反向比例放大电路，只有当AOL >> R+Rf时，Vo=-Rf/RVi才能够成立。

Frequency (Hz)

2. 单位增益带宽B1 (Gain-Bandwidth Product)

开环电压增益大于等于 1 (OdB )时的那个频率范围，以Hz为单位。它将告诉你将小

信号(〜土100mV )送入运放并且不失真的最高频率。在滤波器设计电路中，假定运放滤波器增益为

1V/V，则单位增益带宽大于等于滤波器截止频率f cut-off x 100。

3.共模抑制比CMRR

差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，CMRR=|Ad/Ac|。共模输入电压会影响到

输入差分对的偏置点。由于输入电路内部固有的不匹配，偏置点的改变会引起失调电压改变，

进而引起输出电压改变。其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量，一般来说CMRR= △ Vos/ △ Vcom , TI及越来越多的公司将其定义为CMRR= △ Vcom/ △ Vos。在datasheet中该参数一般为直流参数，随着频率的增加而降低。

CCMMDN-MODE REJECTION RATIO

vt. FREQUENCY

4. 输入偏置电流Ibias

输入偏置电流被定义为：运放的输入为规定电位时，流入两个输入端的电流平均值。记为IB。为了运放能正常的工作，运放都需要一定的偏置电流。IB=(IN+IP)/2。

当信号源阻抗很高时，就必须关注输入偏流，因为如果运放有很大的输入偏流，就会对信号源构成负载，因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压，如果信号源阻抗很高，那

么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放，也可以采用降低信号源输出阻抗的方法，就是使用一个缓冲器，然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。

在双级输入级的情况下，可以使用对失调电流进行调零的方法，就是使从两个输入端看到的阻抗相互匹配。在CMOS和JFET输入电路的情况下，一般来说，失调电流不是问题，也没有必要进行阻抗匹配了。

5. 输入失调电流Ios

当运放的输出端置于规定电位时，流入运放两个输入端的电流之差的绝对值。

I OS=|IN-IP|

6. 电源抑制比PSRR

电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压改变量之比的绝对值，单位是dB。对于双电源运放，PSSR= △ V cc士/ △ V os士。PSSR随着频率的增加而下降。开关电源产生的噪声频率从50kHz到500kHz或更高，在这些高频下，PSSR的值几乎为零，所以，电源上的

噪声会引起运放输出端上的噪声，对此必须使用恰当的旁路技术。

POWER-SUPPLY REJECTION RATIO

vs. FREQUENCY

7. 输入阻抗Ri

当任意一个输入端接地是的两个输入端之间的DC电阻，当信号源阻抗很高时，输入阻

抗就成为一个设计要点，因为输入电路是信号源的负载。

8. 输出阻抗Ro

运放工作在线性区时，输出端内部的等效小信号阻抗。用于轨对轨输出的运放，比射级

跟随器输出级有较高的输出阻抗。

当使用轨对轨运放来驱动重负载时，输出阻抗成为一个设计要点，如果负载主要是电阻性的，那么输出阻抗所限制的是运放的输出电压可以多近的接近电源电压。如果负载是容性的，那就会产生额外的相移，使相位裕度变坏。

9. 增益带宽积GBW

开环电压增益与该增益的测试点频率的乘积，单位Hz，该参数与B1相似，B1规定为

运放的增益等于1的那个频率点，而GBW规定为运放在一个频率点上的增益带宽积，但这个频率点可以不同于B1 o

10. 摆速/压摆率SR

由输入端的阶跃变化所引起的输出电压的变化速率，单位是V/S o运放的SR参数等于

它可以传递的信号摆速的最大值。它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标，表示运放

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。信号幅值越大、频率越高，要求运放的SR也越大。

一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。但压摆率却是

高速运放的重要指标。当运放在传递信号时，如果要求不会因为SR太慢而使信号失真，那

么，放大器的摆速必须至少等于信号的最大摆速。可以提供最快SR的运放是电流反馈运放。

设计准则是：SR > 2 n V out p-p X V cut-off。V out p-p是在V cut-off频率以下的电压峰-峰的期望摆幅值。

-41

0.01

-120

j

-i.

■J

O

工

Q.t ' 10 100 1000

处理交流信号的话，增益带宽积（GBP）和转换速率（SR）是主要考虑的指标。

处理直流或低频信号的话，就要主要考虑失调电压和失调电流。

11.输入失调电压Vos

使输出电压为零时，需要加在两个输入端之间的DC电压。双极输入级要比CMOS或

JFET输入级有较低的失调电压。Vos是一个折算到输入端的参数，这个电压将被电路的正

的闭环增益所放大。如果电路需要DC精度，那么Vos是必须要关注的。

12. 输入失调电压长期漂移参数

输入失调电压的改变量与时间改变量之比，通常指一个月内的平均值，单位是V/month。13. 输出电压摆幅Vo

当运放用双极性电源工作时，可以达到的、不削峰的最大峰到峰输出电压，单位为伏特，一般定义在特定的负载条件下。一般运放输出为射级跟随器结构，无法把输出电压驱动到等

于电源的任何一个轨电压，轨对轨输出的运放使用了共射级（双极）或共源级（CMOS ）输

出级，使得输出电压的摆幅仅受到输出管的饱和压降或接通电阻以及负载电流的限制。对于单电源运放，使用VOH和VOL来定义最大和最小输出电压。

运放的输出电压是有限制的，普通运放的输出电压范围一般是（Vss+1.5〜Vcc-1.5 ）V, 比如电源电压是土15V，运放能输出的最低电压为-13.5V，最高电压为13.5V，超过这个电压范围即被限幅。这个特性导致电源电压不能被充分利用，特别是电池工作的设备，工作电压很低，这个问题特别突出，于是出现了rail to rail （轨至轨）型运放。那么是不是使用了

rail to rail运放，就不用考虑电源轨的限制了呢？对于普通运放，比如15V供电时，说输出

电压摆幅可以达到13.5V，其实输出电压接近13.5V时，运放的特性就开始变差，主要表现

在放大倍数急剧下降，信号就开始失真，增益越大，失真越严重。Rail to Rail运放的广告

宣传中会说能达到正负电源的输出范围，实际上，当信号与电源轨的距离小于300mV时，

放大器就会开始产生失真。

那什么时候，可以相信datasheet上标称的电压摆幅呢？把运放当作比较器用的时候！rail to rail运放在作为比较器使用时，其输出电压可以非常接近电源轨，一般只有20mV左