模拟电子技术课程实践项目

1、上海大学模拟电子技术课程实践项目项目名称：_运算放大器的综述报告_ 指导老师：_李智华_ 学 号：_12122272_ 姓 名：_翟自协_ 日 期：_2013/12/7_简介运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模拟运算电路中，因而得名。通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈组

2、态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比、电源抑制比、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）及噪声等。目前运算放大器广

3、泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常成熟，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于产生短路电流（short-circuit current）破坏元件本身。电路符号右图是一个标准运算放大器的电路符号：运算放大器的电路符号及各端点其中，V+：非反相输入端（non-inverting input）V：反相输入端（inverting input）Vout: 输出端（output）VS+: 正电源端（亦可能以、或表示）VS: 负电源端（亦可能以、或表示）电源端点VS+和VS的标示方法有很多种，不过无论如何标示，电源

4、端点的实际功能都是一样的。为了电路图的简洁起见，电源端点有时会被省略，而用文字直接说明。而在不会造成电路错接的前提下，正负输入端在电路图里可以依照设计者的需要而对调，但是电源端通常不会这么做。常见运算放大器型号简介CA3130 高输入阻抗运算放大器 IntersilDATACA3140 高输入阻抗运算放大器CD4573 四可编程运算放大器 MC14573ICL7650 斩波稳零放大器LF347(NSDATA) 带宽四运算放大器 KA347LF351 BI-FET单运算放大器 NSDATALF353 BI-FET双运算放大器 NSDATALF356 BI-FET单运算放大器 NSDATALF35

5、7 BI-FET单运算放大器 NSDATALF398 采样保持放大器 NSDATALF411 BI-FET单运算放大器 NSDATALF412 BI-FET双运放大器 NSDATALM124 低功耗四运算放大器(军用档) NSDATA/TIDATALM1458 双运算放大器 NSDATALM148 四运算放大器 NSDATALM224J 低功耗四运算放大器(工业档) NSDATA/TIDATALM2902 四运算放大器 NSDATA/TIDATALM2904 双运放大器 NSDATA/TIDATALM301 运算放大器 NSDATALM308 运算放大器 NSDATALM308H 运算放大器（

6、金属封装） NSDATALM318 高速运算放大器 NSDATALM324(NSDATA) 四运算放大器 HA17324,/LM324N(TI)LM348 四运算放大器 NSDATALM358 NSDATA 通用型双运算放大器 HA17358/LM358P(TI)LM380 音频功率放大器 NSDATALM386-1 NSDATA 音频放大器 NJM386D,UTC386LM386-3 音频放大器 NSDATALM386-4 音频放大器 NSDATALM3886 音频大功率放大器 NSDATALM3900 四运算放大器LM725 高精度运算放大器 NSDATALM733 带宽运算放大器LM74

7、1 NSDATA 通用型运算放大器 HA17741MC34119 小功率音频放大器NE5532 高速低噪声双运算放大器 TIDATANE5534 高速低噪声单运算放大器 TIDATANE592 视频放大器OP07-CP 精密运算放大器 TIDATAOP07-DP 精密运算放大器 TIDATATBA820M 小功率音频放大器 STDATATL061 BI-FET单运算放大器 TIDATATL062 BI-FET双运算放大器 TIDATATL064 BI-FET四运算放大器 TIDATATL072 BI-FET双运算放大器 TIDATATL074 BI-FET四运算放大器 TIDATATL081

8、BI-FET单运算放大器 TIDATATL082 BI-FET双运算放大器 TIDATATL084 BI-FET四运算放大器 TIDATA参数共模输入电阻（RINCM)该参数表示运算放大器工作在线性区时，输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。直流共模抑制（CMRDC)该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。交流共模抑制（CMRAC)CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力，是差模开环增益除以共模开环增益的函数。增益带宽积（GBW)增益带宽积是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。输入偏

9、置电流（IB)该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。输入偏置电流温漂（TCIB)该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。TCIB通常以pA/C为单位表示。输入失调电流（IOS)该参数是指流入两个输入端的电流之差。输入失调电流温漂（TCIOS)该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。TCIOS通常以pA/C为单位表示。差模输入电阻（RIN)该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测量时，另一输入端接固定的共模电压。输出阻抗（ZO)该参数是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部等效小信号阻抗。输出电压摆幅（VO)

10、该参数是指输出信号不发生箝位的条件下能够达到的最大电压摆幅的峰峰值，VO一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。功耗（Pd)表示器件在给定电源电压下所消耗的静态功率，Pd通常定义在空载情况下。电源抑制比（PSRR)该参数用来衡量在电源电压变化时运算放大器保持其输出不变的能力，PSRR通常用电源电压变化时所导致的输入失调电压的变化量表示。转换速率/压摆率（SR)该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。SR通常以V/µs为单位表示，有时也分别表示成正向变化和负向变化。电源电流（ICC、IDD)该参数是在指定电源电压下器件消耗的静态电流，这些参数通常定义在空载情况下。

11、单位增益带宽（BW)该参数指开环增益大于1时运算放大器的最大工作频率。输入失调电压（VOS)该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。输入失调电压温漂（TCVOS)该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以µV/C为单位表示。输入电容（CIN)CIN表示运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容（另一输入端接地）。输入电压范围（VIN)该参数指运算放大器正常工作（可获得预期结果）时，所允许的输入电压的范围，VIN通常定义在指定的电源电压下。输入电压噪声密度（eN)对于运算放大器，输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联噪声电压源，eN通常以 nV /

12、根号Hz 为单位表示，定义在指定频率。输入电流噪声密度（iN)对于运算放大器，输入电流噪声可以看作是两个噪声电流源，连接到每个输入端和公共端，通常以 pA / 根号Hz 为单位表示，定义在指定频率。理想运算放大器参数：差模放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比、上限频率均无穷大；输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂，以及噪声均为零。运算放大器工作原理、分类及特点介绍1模拟运放的分类及特点模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。当MOS管技术成

13、熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。这使得初学者选用时不知如何是好。为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。11根据制造工艺分类根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。按照工艺分类，

14、是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80110dB之间。标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以

15、达到0.15ppm。通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。典型代表是LM324。在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在1000M欧姆数量级。典型代表是TL084。在标准硅工艺中加入了MOS场效应管工艺的运算放大器分为三类，一类是是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为MOS场效应管，比结型场效应管大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大

16、器类似。典型开环输入阻抗在1012欧姆数量级。典型代表是CA3140。第二类是采用全MOS场效应管工艺的模拟运算放大器，它大大降低了功耗，但是电源电压降低，功耗大大降低，它的典型开环输入阻抗在1012欧姆数量级。第三类是采用全MOS场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器，采用所谓斩波稳零技术，主要用于改善直流信号的处理精度，输入失调电压可以达到0.01uV，温度漂移指标目前可以达到0.02ppm。在处理直流信号方面接近理想运放特性。它的典型开环输入阻抗在1012欧姆数量级。典型产品是ICL7650。12按照功能/性能分类按照功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、

17、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放，另外还有一些特殊运放，例如程控运放、电流运放、电压跟随器等等。实际上由于为了满足应用需要，运放种类极多。本文以上述简单分类法为准。需要说明的是，随着技术的进步，上述分类的门槛一直在变化。例如以前的LM108最初是归入精密运放类，现在只能归入通用运放了。另外，有些运放同时具有低功耗和高输入阻抗，或者与此类似，这样就可能同时归入多个类中。通用运放实际就是具有最基本功能的最廉价的运放。这类运放用途广泛，使用量最大。低功耗运放是在通用运放的基础上大降低了功耗，可以用于对功耗有限制的场所，例如手持设备。它具有静态功耗低、工作电压可以低到接近电池电压、在低电压

18、下还能保持良好的电气性能。随着MOS技术的进步，低功耗运放已经不是个别现象。低功耗运放的静态功耗一般低于1mW。精密运放是指漂移和噪声非常低、增益和共模抑制比非常高的集成运放，也称作低漂移运放或低噪声运放。这类运放的温度漂移一般低于1uV/摄氏度。由于技术进步的原因，早期的部分运放的失调电压比较高，可能达到1mV；现在精密运放的失调电压可以达到0.1mV；采用斩波稳零技术的精密运放的失调电压可以达到0.005mV。精密运放主要用于对放大处理精度有要求的地方，例如自控仪表等等。高输入阻抗运放一般是指采用结型场效应管或是MOS管做输入级的集成运放，这包括了全MOS管做的集成运放。高输入阻抗运放的输

19、入阻抗一般大于109欧姆。作为高输入阻抗运放的一个附带特性就是转换速度比较高。高输入阻抗运放用途十分广泛，例如采样保持电路、积分器、对数放大器、测量放大器、带通滤波器等等。高速运放是指转换速度较高的运放。一般转换速度在100V/us以上。高速运放用于高速AD/DA转换器、高速滤波器、高速采样保持、锁相环电路、模拟乘法器、机密比较器、视频电路中。目前最高转换速度已经可以做到6000V/us。宽带运放是指-3dB带宽（BW）比通用运放宽得多的集成运放。很多高速运放都具有较宽的带宽，也可以称作高速宽带运放。这个分类是相对的，同一个运放在不同使用条件下的分类可能有所不同。宽带运放主要用于处理输入信号的

20、带宽较宽的电路。高压运放是为了解决高输出电压或高输出功率的要求而设计的。在设计中，主要解决电路的耐压、动态范围和功耗的问题。高压运放的电源电压可以高于20VDC，输出电压可以高于20VDC。当然，高压运放可以用通用运放在输出后面外扩晶体管/MOS管来代替。2运放的主要参数本节以中国集成电路大全集成运算放大器为主要参考资料，同时参考了其它相关资料。集成运放的参数较多，其中主要参数分为直流指标和交流指标。其中主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电

21、压抑制比、输出峰-峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。主要交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率SR、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。21直流指标输入失调电压VIO：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。输入失调电压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）的输入失调电压在110mV之间；采用场效应管做输入级的，输入失调电压会更大一些。

22、对于精密运放，输入失调电压一般在1mV以下。输入失调电压越小，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。输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）VIO：输入失调电压的温度漂移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1020V/之间，精密运放的输入失调电压温漂小于1V/。输入偏置电流IIB：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

23、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10nA1A之间；采用场效应管做输入级的，输入偏置电流一般低于1nA。输入失调电流IIO：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

24、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。输入失调电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）：输入偏置电流的温度漂移定义为在给定的温度范围内，输入失调电流的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电流的补充，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。输入失调电流温漂一般只是在精密运放参数中给出，而且是在用以直流信号处理或是小信号处理时才需要关注。差模开环直流电压增益：差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时，运放输出电压与差模电压输入电压的比值。由于差模开环直流电压增益

25、很大，大多数运放的差模开环直流电压增益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。一般运放的差模开环直流电压增益在80120dB之间。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数，为了便于比较，一般采用差模开环直流电压增益。共模抑制比：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，它能够抑制差模输入=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80120dB之间。电源电压抑制比：电源电压抑制比定义为当运放

26、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。目前电源电压抑制比只能做到80dB左右。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。输出峰-峰值电压：输出峰-峰值电压定义为，当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前大电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度。除低压运放外，一般运放的输出输出峰-峰值电压大于10V。一般运放的输出峰-峰值电压不能达到电源电压，这是由于输出级设计造成的，现代

27、部分低压运放的输出级做了特殊处理，使得在10k负载时，输出峰-峰值电压接近到电源电压的50mV以内，所以称为满幅输出运放，又称为轨到轨（raid-to-raid）运放。需要注意的是，运放的输出峰-峰值电压与负载有关，负载不同，输出峰-峰值电压也不同；运放的正负输出电压摆幅不一定相同。对于实际应用，输出峰值电压越接近电源电压越好，这样可以简化电源设计。但是现在的满幅输出运放只能工作在低压，而且成本较高。最大共模输入电压：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

28、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。最大差模输入电压：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。22主要交流指标开环带宽：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。这用于很小信号处理。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

29、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以后，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。转换速率（也称为压摆率）SR：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

30、指标，对于一般运放转换速率SR10V/s。目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/s。这用于大信号处理中运放选型。全功率带宽BW：全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端，使运放输出幅度达到最大（允许一定失真）的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地，全功率带宽=转换速率/2Vop（Vop是运放的峰值输出幅度）。全功率带宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。建立时间：建立时间定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大信号输入到运放的输入端，使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时间。由

31、于是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一定抖动，这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度，稳定时间有较大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。等效输入噪声电压：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1020V。差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：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

32、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。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。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。通常，运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多，典型值在108欧以上。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。这个参数在开环测试。3运算放

33、大器的对信号放大的影响和运放的选型由于运算放大器芯片型号众多，即使按照上述办法分类，种类也不少，细分就更多了，这对于初学者就难免犯晕。本节力求通过几个实际电路的分析，明确运算放大器的对信号放大的影响，最后总结如何选择运放。初步结论是：高阻运放的输入失调电流很小，它造成的误差远远不及输入失调电压造成的误差，可以忽略；而输入失调电压造成的误差仍然不小，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。初步结论是：高阻运放的输入失调电流温漂很小，它造成的误差远远不及输入失调电压温漂造成的误差，可以忽略；在使用高阻运放时，由于失调电压温度系数较 大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若

34、以上两项误差合计将更大。 由于高阻运放的输入失调电流只有通用运放的千分之一，因此若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，几乎不会造成可明显察觉的误差。初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。初步结论是：在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：这样可以计算出，在25的温度下的失调误差造成的影响如下：初步结论：仅仅运放的外围电

35、阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。初步结论是：在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项

36、误差合计将更大。初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。这样可以计算出，在25的温度下的失调误差造成的影响如下：初步结论是：精密运放输入失调电压和输入失调电流造成的误差不太大，而且可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差大于输入失调电流造成的误差。初步结论是：在使用

37、精密运放时，由于失调电压温度系数不大，造成的影响不大，使得它能够放大10mV以上的直流信号。初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用增加运放输入电阻或是降低运放输入失调电流。初步结论是：高精密运放输入失调电压和输入失调电流造成的误差很小可以不调零。其中输入失调电压造成的误差大于输入失调电流造成的误差。初步结论是：在

38、使用高精密运放时，由于失调电压温度系数很小，几乎没有造成影响，使得它能够放大1mV以以下的直流信号。若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：这样可以计算出，在25的温度下的失调误差造成的影响如下：初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差。由于这些误差太小，不调零时的总误差不过2V，所以忽略。31例一，运算放大器的对直流

39、小信号放大的影响。这里的直流小信号指的是信号幅度低于200mV的直流信号。为了便于介绍，这里采用标准差分电路。这里假定同相输入端的输入电阻为R1，同相输入端的接地电阻为R3，反相输入端的输入电阻为R2，反相输入端的反馈电阻为R4。运放采用双电源供电。假定R1=R2=10k欧姆，R1=R2=100k欧姆，这样放大电路的输入电阻=10k欧姆，运放的同相端和反相端的等效输入电阻=10k欧姆并联100k欧姆9.09k欧姆，输入增益Av=10。这里假定工作温度范围是050，所以假定调零温度为25，这样实际有效变化范围只有25，可以减小一半的变化范围。还假定输入信号来自于一个无内阻的信号源，为了突出运放的

40、影响，这里暂时不考虑线路噪声、电阻噪声和电源变动等的影响。这里选用通用运放LM324、高阻运放CA3140、高速运放HA5159、低功耗运放LF441、精密运放OP07D、高精度运放ICL7650等6种运放来比较运算放大器的对直流小信号放大的影响。由于不同厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于中南工业大学出版社出版的世界最新集成运算放大器互换手册，所选的集成运算放大器指标如下：初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。初步结论是：在使用LM324时，由于输入失调电压温度

41、系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。31例二，运算放大器的外部电路对直流小信号放大的影响这里的电路条件与例一相同。本例主要讨论共模抑制比、电源变动抑制、外部电阻不对称等的影响。这里仍然选用精密运放

42、OP07D。由于不同厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于中南工业大学出版社出版的世界最新集成运算放大器互换手册，所选的集成运算放大器指标如下：由电源变动抑制=10V/V可以得知，在其它条件不变的情况下，电源电压变化幅度达到1V时造成输入失调电压增加10V。可见，在低于10mV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.1%的影响。共模抑制比由106db换算为2105。在其它条件不变的情况下，输入信号=模电压幅度达到1V时造成输入电压增加5V。可见，在低于10mV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.05%的影响。这里假定同相输入端的输入电阻为R1，同相输入端的接地电阻为R3，反相输入端

43、的输入电阻为R2，反相输入端的反馈电阻为R4。运放采用双电源供电。假定R1=10k欧姆，R2=30k欧姆，R3=100k欧姆，R4=300k欧姆，这样放大电路的增益Av=10，运放的同相端的等效输入电阻=10k欧姆并联100k欧姆9.09k欧姆，反相端的等效输入电阻=30k欧姆并联300k欧姆27.27k欧姆。这样，由于运放输入偏置电流造成的影响为：运放的同相端由于输入偏置电流产生的电压=3nA9.09k欧姆=27.27V运放的反相端由于输入偏置电流产生的电压=3nA27.27k欧姆=81.81V这样，对于输入端造成的误差等于输入偏置电流分别在运放的同相端与反相端等效电阻上的电压的差值（54.

44、54V）。可见，当运放的同相端与反相端等效电阻不同时，输入偏置电流将产生一定的影响，其中对于高阻运放的影响较小（它的输入偏置电流比普通运放小3个数量级），而对非高阻运放影响较大，特别是在低于10mV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.2%的影响。本例总结：对于同一个直流小信号放大时，通用运放、高阻运放、高速运放、低功耗运的性能接近，可以互换，但是从成本和采购角度来说，建议选用通用运放；但是若信号源内阻较大（例如大于10K欧姆）时，采用高阻运放能够减小运放输入失调造成的误差。若不做精度要求时，选用通用运放或是高阻运放。通用运放或是高阻运放只能精密放大100mV以上直流信号。若要求精密放大100

45、mV以下信号时，需要选用精密运放甚至高精度运放；本例中没有考虑的影响精度的因素太多，实际条件下，精度会更低。发展趋势运算放大器历经数十年的发展，从早期的真空管演变为现在的集成电路，根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压/低功耗型、高速型、高精度型四大类运放产品。一般而言，高速运放主要用于通信设备、视频系统以及测试与测量仪表等产品；低电压/低功耗运放主要面向手机、PDA等以电池供电的便携式电子产品；高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控制系统等。通用运算放大器应用最广，几乎任何需要添加简单信号增益或信号调理功能的电子系统都可采用通用运放。近年来消费电子、通讯、网络等应用领域的发展

46、对运放产品也提出新的技术要求，更低功耗、更小封装以及良好的匹配性能都变得十分重要。为此，设计人员在设计方法上加创新，制造工艺与封装技术的进步也为提升运放性能提供了一定的保证。在多方因素推动下，下一代运算放大器正朝着速度更快、集成度更高、价格更低的方向发展。从市场需求的角度看，全球对放大器的需求都保持强势增长。中国市场也不例外，尤其在消费和通讯领域。凌特公司信号调理产品线总经理ErikSoule表示，“通讯和网络基础设备市场已经开始复苏，未来几年这类设备在中国会有很大增长。而这些应用都需要高速ADC驱动器，以及低噪声、低输入偏压运放等产品。”ADI公司产品线经理CurtVentola认为，未来放

47、大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一，便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长；其二，高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器；其三，由于性能和价格压力持续上扬，因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。意法半导体公司(ST)亚太区标准线性IC产品行销经理LeonLEE也指出，测试和测量、通讯、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力；DSL和消费类视频应用是最大的市场，而且未来将继续此趋势。其中，DSL运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及DC恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。市场调查公司Databean资料显示，高速、低电压/低功

48、耗、高精度三类运算放大器的市场预计在未来的五年会稳步增长，年复合增长率分别达到13%、8%及11%，通用运算放大器的年复合增长率预计为5%。从应用的角度讲，不同的系统对运放有不同要求，选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用，交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统，直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等；而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。将从以下方面探讨这四类运放的技术发展趋势和应用热点。一、通讯和视频应用使高速运放成为焦点高速运放泛指频宽高于50MHz的运

49、放，而现在为了与信号链后端组件(例如高速ADC或处理器)的需求相匹配，运放的频宽记录已突破GHz。这主要源于后端组件的效能近年来显著提升，因而位居信号链前端的运放为了与后端组件相匹配，以避免拖累信号链的整体效能表现，于是开始向高速化发展，未来高速运放可能跃升为主流运放产品。据DataBean预测，高速运放将逐渐侵占其它运放产品的市场占有率。以出货金额计，到2009年，高速运放占整体运放市场规模的比重将达到三成，而通用型运放则下降到两成以下。Intersil公司模拟信号处理部行销副总裁SimonPrutton指出，驱动高速运放市场增长的主要应用是模拟视频处理和传送以及通讯系统。而且，伴随更高的分

50、辨率显示和射频频谱的有效使用，这两种应用在未来将会给设计人员提出新的挑战。意法半导体公司亚太区标准线性IC产品行销经理LeonLEE也表示，由于蜂窝电话、数码相机、DVD/TV和多媒体应用的驱动，视频放大器等高速运放将大幅增长。总体而言，高速运放主要应用在xDSL调制解调器、机顶盒以及视频系统中，或是担任高速ADC的前级信号调整角色。这类运放对于信噪比和失真度的要求最为严格，因此半导体厂商在设计这种运放时，普遍采用差动输出的形式。与传统采用“二入一出”架构的运放相比，“二进二出”的差动输出由于同时输出两个反相的信号，因此系统工程师可以通过两个信号的比较得知输出信号在未受噪声或失真影响前的波形，从而使设计工程师可以及时解决信号链上可能出现的问题。例如ADI公司最新推出的高速运放AD8045，该器件具有易用的电压反馈结构、归一化