运放电路的关键参数总结

前段时间总结了一些运放电路的分析方法，但似乎搞错了方向，相关参数似乎还没搞清楚。以至于在述职会上领导问起在选取运放芯片的时候要注意哪些参数的时候，回答得很尴尬，所以这回就来补充一下这些参数的学习总结吧。

在选取运放芯片的时候，我们当然要根据实际的电路需求来看相应的参数，虽然规格书里参数很多，但是通常会有如下这样一个选取方向；

来解读一下运放芯片规格书中的一些关键参数

• 压摆率SR: Slew rate

在讲这个参数之前先看一个很厉害的变换-傅里叶变换

抛开许多复杂的概念，傅里叶变换变换的核心就是能将满足一定条件的某个信号函数表示成三角函数或者是它们的积分的线性组合，也就是几乎所有的连续函数都可以表示为若干不同周期，不同振幅的正弦函数之和。

联系到运放的压摆率，在我们的电路中由于寄生电感的存在几乎都是连续信号，所以所有的电信号都会变化率这种概念，压摆率表示的就是运放输入一个阶跃信号时输出信号的最大变化速度;体现的是输出信号能否跟得上输入信号的变化，如1us内输出信号电压幅值的变化。它的表达式为

SR=2πFVp （ F：输出信号的频率，Vp为输出信号的峰值 ）

这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。

• 增益带宽积（GBP）

在某频率下测量的开环电压增益与测量频率的乘积，GBP=FH*AM；其中频率为FH运放增益衰减为-3dB时带宽，AM表示增益的幅值，FT时为单位增益带宽，这个概念也只有电压反馈型运放才有，电流反馈型则不存在。

-3db频率点与示波器的带宽概念差不多，对于一个输入信号，频率逐渐增大到某一个值比如Fh,这时输出信号的幅值会衰减到初始信号幅值的0.707倍，信号功率会衰减到一半以下。（ 对于一个放大电路而言，能够放大输入信号是有一定频率范围的，当频率达到某一频率时，输出信号就会出现衰减，一般我们应用运放除了跟随器与比较器，都是搭建反馈电路，工作在深度负反馈的状态下，所以工作频率与开环的带宽是有区别的 ）

• 供电电源轨（PRO）

运放供电电压，决定运放处理信号的范围。而轨到轨指的是，运放输入输出范围，可以摆到电源轨，即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 Rail-to-rail output，或 RRO。当选用非轨到轨运放，有可能出现输出信号被削顶的现象。

如下图为某款运放内部电路，输出是三极管组成推挽结构的，而三极管存在一个饱和压降0.3V~1V，所以即使运放的输出电流再小也是存在压降的。随着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会越大。

还有一个概念就是输入轨之轨，当我们设计的电路信号幅度接近于电源，就要选用一款输入轨之轨的运放来保证输入信号能被检测到。

• 共模抑制比（CMRR）

差模电压增益与共模电压增益的比值，用 dB 表示。CMRR = 20 lg （Ad/Ac）范围：一般运放都有 60dB 以上的 CMRR，高级的可达 140dB 以上。运算放大器在单端信号输入使用时，不存在这个概念。只有把运放接成类似于减法器形式，使得运放电路具备两个可变的输入端时，此指标才会发挥作用。（ 越大的CMRR，对抑制开关噪声（共模干扰），越有效果 ）

• 开环差模增益（Aod）

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，Aod=ΔUo/Δ(Up-Un)。单位用 dB 表示，一般运放差模开环直流电压增益很大，通常在 60dB~160dB 之间，越大说明其放大能力越强。

由分贝的概念；如100dB=20*lg(Avd）,可求出Avd=10^5倍，那么放大倍数就是十万倍（ *当输入的信号差被放大了十万倍，输出已经远大于电源电压，这时是满偏的状态。而每个芯片的生产过程中，参数会有所差异，并且通常情况下开环状态下的运放增益会远大于实际的需求，所以应用电路中都是外接反馈电阻来限制放大倍数，使得实际的放大倍数接近需求值* ）

而在实际使用中除了比较器我们几乎用不到开环的运放电路，那么由包含有限增益误差的闭环增益公式推导得出；当开环放大倍数Avol越大，其实际闭环增益Gcl与我们期望的理论值偏差就越小；

Gcl:闭环增益

β：反馈环路的衰减系数-放大电路中反馈电阻的比值

Avol:开环放大倍数 ,Aod=20lg(Avol）*

• 输入失调电压（Vos）

为了使输出电压为零，在输入端施加的差分电压，也可以叫补偿电压。理想运放电路中，输入信号与输出信号是同步的，然而实际应用中没有输入信号的时候也会有一个比较小的输出信号，这样我们就会对电路调零，设置一个输入信号，使得输出信号为零或者为一个静态工作点，这时候输入的信号就是输入失调电压。

例如一个最大输入失调电压为100mV的运放，当输入10mV的信号，由于失调电压的存在，就会产生10%的误差，对精度要求很高的设计就需要有较低的失调电压。输入失调电流同理概念同理。

• 输入偏置电流

对于理想运放而言，有个特点就是输入阻抗无穷大，通常几十MΩ。输出阻抗趋近于零；对于一个放大电路而言输入阻抗当然是越大越好，这样从前一级电路索取的功率就越小，而输出阻抗越小越好，这样信号就能完整传递到下一级电路。

而实际的情况下，如下图OP07运放的内部结构所示，由于输入端都是三极管基极，由三极管的特性，输入端无论如何都会有微小的电流流入才能工作，即使是用场效应管，栅极也是需要输入偏置电流的。

总结： 对于以上的几个运放关键参数的解读的一个小结就是

1. 轨到轨特性很重要。
2. GBW越大，理论增益和实际增益差距越小。
3. 对于精确度较高的应用，选取失调电压小的运放。
4. 输入偏置电流一般无法准确补偿。而越大的CMRR，对抑制共模干扰越有效果。

在实际的应用中还要着重区分应用电路信号的类型来重点看待参数，当然具体参数还要看具体电路的应用。我还收集一些常用运放的汇总，想了一下感觉篇幅过长，其次也没有必要，这种经验性的总结，还是自己慢慢积累才能深有体会。