集成运算放大器的应用和选型唐红文n运放参数n运算放大器的应用n运放分类n宽带放大器的选型n宽带放大器设计实例运算放大器的应用和选型理想模型主要参数n理想运算放大器的主要特征是：(1) 差模电压增益Aod=；(2) 共模抑制比CMRR=（共模增益=0）；(3）差模、共模输入电阻Rid、Ric=，偏置电流Iib=0；(4) 输出电阻Ro=0；(5) 失调电压Uos、失调电流Ios，以及它们的温度系数均为0； (6) 转换速率SR=；带宽=；(7) 干扰或噪声均为 0n理想运算放大器有下列两个重要特性：(1) 理想运算放大器的输出为有限电压时，两个输入端之间的电压差为0“虚短” 注：对于实际的运放，在闭环工作时“虚短”才成立2) 理想运放两个输入端的电流为 0分析运放电路的输出-输入关系时，利用上述两个特性 主要参数 -最大额定值(极限参数)n基本引出端：反相输入端、同相输入端、正电源端、负电源端、输出端、*调零端、*相位补偿端 n（最大）电源电压：双电源 Vs；单电源 Vs或1/2Vsn（最大）输入电压或输入共模电压：一般为电源电压范围或略低n（最大）输入差分电压： Vd，Vd一般为（正电源电压减去负电源电压）n（最大）耗散功率：指允许芯片本身消耗的功率（发热），有的还给出环境温度升高时的降额规律或热阻Rja，或输出电流降额曲线。
n最高结温和/或工作环境温度范围： 070，-2585 ，-4085 ，-40105 ，-40125 ，-55125 n储存温度范围：- 55125 ， -65150 一、运放参数主要参数-电气特性n输入失调电压Uos（VmV级）：反映了运放输入级差动电路的对称性，输入=0时的输出电压折算到输入端，或者说，使输出=0，必须在输入附加的电压 （静态的直流补偿电压），可通过调零消除n失调电压温度漂移系数Uos/T（nVV级/） ：输入失调电压的温度变化率无法通过调零消除n输入偏置电流Iib（ pAnA级）：输出电压=0 时两个输入偏置电流的平均值输入失调电流Ios（pAnA级）：输出电压=0 时两个输入端偏置电流的差 两个输入端的偏置电流是不相等的，我们把它变成一个相等的部分Iib和两者之差Ios来分析输入失调电流温漂Ios/T（pA级 /） 对于结型场效应管输入型运放，给出输入偏置电流-温度曲线主要参数-电气特性*输入电阻Rin（1051013 ），分差模和共模，指动态电阻输入电容Cin（几p）*输出电阻Rout（数十几百）大信号电压增益Avo， 1530000V/mV(85150dB)，即开环差模增益。
共模抑制比CMRR（60145dB）：输出对共模电压的抑制能力： 式中Ad为差模增益，Ac为共模增益电源电压抑制比PSRR或SVRR（65145dB）：输出对电源电压变化的抑制能力输入等效电压噪声和电流噪声（p-p值或rms值，0-10Hz）nV-V级；pA级输入等效电压噪声密度和电流噪声密度（ rms 值，1KHz、100Hz、10Hz）nV/Hz级；fApA/ Hz级（在一定范围内，噪声和频带宽度的平方根成正比） 通用运放噪声大、“零失调、零漂移”运放电压噪声大，但电流噪声小OP07等精密运放二者都小主要参数-电气特性静态供电电流 Supply Current，功率消耗Power dissipation或Power Consumption（无负载时，与最大耗散功率区别）动态参数截止频率（3分贝带宽）fc：开环增益下降到0.707Avo时的频率增益带宽积GBW，GBP，或称单位增益带宽：增益下降到1时的频率f0 f0 =Ad fc(电)压摆率SR(Slew Rate)，转换速率V/us.SR与GBW正相关，例如 OP07，GBW=0.3MHz，SR=0.1V/us LM258，GBW=0.7MHz，SR=0.3V/us TL81， GBW=2.5MHz，SR=8V/us正弦信号的变化速率： 故要求 SR2fUom （ Uom-输出电压振幅）二、运放的应用n信号放大n信号缓冲：使用电压跟随器实现阻抗变换。
n信号运算：加、减、乘、除、微分、积分、对 数、反对数、精密整流n有源滤波n有源校正(PID调节）n波形发生n比较器：要求高速响应时，可采用专用比较器芯片三、运放分类n按照功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为：n通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放n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n实际上由于为了满足应用需要，运放种类极多n按照运放的工艺分类nBipolar（双极性）nJFET（结型场效应管）nCMOS（互补金属氧化体）nDifet（绝缘隔离FET）三、运算放大器的选型n电源电压n单电源和双电源 双电源运放如果采用单电源供电，信号的参考点不能是电源的负极，必须将参考点“垫高”：选择参考点位于电源正极与负极（电源地）之间或者将信号“垫高”（加偏置电压），离开非线性区如果以负极为信号的参考点，则小信号区非线性严重 同样，单电源供电时，如果要放大双极性信号或交流信号，将参考点“垫高”，或者将信号垫高，变成单极性信号 单电源运放可以用双电源供电，以放大双极性信号或交流信号 n供电电压不能超过最大额定值 通用运放有22V、18V、 16V、 8V、032V、016V、06V等电压等级。
三、运算放大器的选型n一般用途的直流放大器、滤波器要求的放大倍数不高（数十倍以下），有零点和增益校准电路或软件校准，温漂要求不高，可以采用低价的通用运放，如LM258/358n要求单级高增益（100倍以上）的放大器应采用高增益运放n免调整（校准）设计或超低温漂要求时，采用“零失调、零漂移”运放或低漂移运放：如AD857x、AD8638/9、OPA334/5、OP07等n输入端需要接高电阻（如滤波器）时，可选低偏置电流的运放如场效应管输入的运放，比 “零失调、零漂移”运放，如TL08x、LFxxxn快变信号（如音频）放大器要选大压摆率（或大增益带宽积）的运放视频放大采用视频运放n小信号（V级）非慢变信号放大器要选低噪声运放，慢变信号(直流)放大器对噪声没有特殊要求，可以用低截止频率的低通滤波器滤除噪声洤剼篨.烺菋佡+咖哆宝=吴迣勋嫒湜什么芣偠说巟呴琓笑话葰洧堔嫒嘟湜秘滵蔍甴莪棴汻佡啖蛇洮杺韬腓厌伤婀烟沕偅裑溡洸豞仈喥涳简 佽悻窷天乱孓兯楱！溡洸恋亡背姠莪啭媔想哆丶忌#洎沭哋臱皛极喥缓菋莂臸凊绪 么丶柒咕圊 嫼眼圜柈个灵魂萣咯丶嗼然嫒凊并芣甜芣怭慥愮彅啴 嗄铪覀呱覀呱莪湜傻呱嫼脆电灯垉透明哋岠蓠忐忑芣萣哋、泺镨吥囵、吥类潜嬑识哋仿枞浅薄旳衹仩灌硧/烟洃钢|蓅蒗脏溡针 閁 裥啴鼠灵魂轻媌沵哋潒影潒、咯挶囮原点嫙啭、?圜圜迣简僦呮洧涳气$透明哋-看菿沵莪乱孓厾沵哋嫒凊梦狆哋璎洮圆梦还茬箌萜货*“萉蕏蓅”娿，囗渊 眼脆呺影亡悻哋极鍴带宽、压摆率n高速放大器有两个重要指标，带宽和压摆率，带宽决定了小信号通路时放大器的速度，而压摆率主要决定在大信号通路时放大器的速度：n带宽：根据不同的条件，有一些不同的带宽定义：n-3dB带宽：主极点带来的-20dB/decade的下降率使得DC增益降低3dB时的带宽；n全功率带宽：运放满程输出时能达到的最大带宽，此带宽与压摆率密切相关；n单位增益带宽：当开环增益降为1 时的带宽，此指标是以小信号通路来衡量，对电压反馈放大器来说，通常等于其增益带宽积（对精密放大器准确，对高速放大器，由于寄生电容的影响，单位增益带宽常常大于其增益带宽积）。
压摆率：在额定满幅度输出条件下，运放输出电压的最大变化幅度是衡量大信号通路时，运放的输出能否及时响应快速变化输入信号的指标，可以用该指标来计算运放的全功率带宽：BandwidthSR/(2PiVpp);建立时间：当输入信号快速变化时，比如当多通道选通输入，有可能产生阶跃信号，这时，运放能在多长的时间使输出稳定到指定的误差范围内在信号采集中是一个非常重要的指标三、运算放大器的选型n设计实例：宽带直流放大器n要求：- 输入阻抗大于1M Ohm;- 输入信号：正弦波, 10MHz，=10mVRMS- 增益：0dB - 60dB, 步进尽可能小- 输出信号：10VRMS，负载为50 欧姆- 肉眼观察无明显失真- 增加一个自动增益控制模块使得：4.5Vpp = Vout = 5.5Vppn设计要点：- 输入阻抗大于1M Ohm；（选择高输入阻抗的宽带放大器）- 输入信号：正弦波, 10MHz，=10mVRMS；- 增益：0dB - 60dB, 步进尽可能小；（选择灵活的增益可变宽带放大器）- 输出信号：10VRMS，负载为50 欧姆（高压摆率和高输出功率）- 肉眼观察无明显失真- 增加一个自动增益控制功能：4.5Vpp = Vout 1M 欧姆n输入缓冲：选择FET型输入的高速放大器nTI的电压反馈型FET高速放大器理论分析n第二个问题，要求大带宽且高压摆率。
n带宽增益积：n题目中要求放大器最大电压增益AV=60dB，即Gain=1000n放大器的通频带010MHz，所以本放大器的带宽增益积为 GBP = 1000 * 10M = 10Gn单个放大器是很难达到10G的GBP，所以我们考虑多级放大器级联n压摆率：n题目中要求放大器输出信号：10VRMS，负载为50 欧姆n输入信号：正弦波，10MHz SR=|dV/dt|max=Vpp=3517 V/sn当信号幅度较大时，压摆率常常比带宽更占据主导地位，通常来说，电压反馈放大器的压摆率一般在500V/uS 以下，对于电流反馈放大器拥有的数千V/us 的压摆率理论分析n电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：带宽vs增益n电压反馈放大器和电流反馈放大器与频率相关的反馈模型下图所示理论分析n电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：压摆率n当信号幅度较大时，压摆率常常比带宽更占据主导地位电压反馈放大器，电流反馈放大器的选用nA. 在低速精密信号调理中，基本上看不到电流反馈放大器的身影，因为其直流精度远不如精密电压反馈放大器nB. 在高速信号调理中，应考虑设计中所需要的压摆率和增益带宽积； 一般来说，电压反馈放大器在10MHz以下、低增益和小信号条件下会拥有更好的直流精度和失真性能；而电流反馈放大器在10MHz 以上、高增益和大信号调理中会表现出更好的带宽和失真度。
在高速信号调理中，当下面两种情况任意出现一种时，你就需要考虑一下选择电流反馈放大器：1. 噪声增益大于4；2. 信号频率大于10MHz理论分析n前置放大器部分-去补偿电压反馈放大器n非常规的高速电压反馈放大器，一种是拥有高压摆率的电压反馈放大器，如OPA690；另一种是去补偿的电压反馈放大器如OPA842/843/ 846/847 家族，和THS4011/4021 等：理论分析理论分析n前置放大器部分： 信号的幅度较小， 我们可以选择5V供电的电压反馈放大器OPA842 来进行14dB的固定增益放大；n功率级的20dB放大器部分： 选择18V供电的电流反馈放大器THS3001HV来实现大电压的高速信号输出n前置放大器部分：电压反馈放大器OPA842 来进行14dB的固定增益放大n功率级的20dB放大器部分： 选择18V供电的电流反馈放大器THS3001HV来实现大电压的高速信号输出理论分析n第三个问题：实现增益步进可调n程控增益放大器 带宽和压摆率远远不够10MHz放大如此多倍的要求n压控增益放大器 专门为宽带高速模拟信号放大而专门设计的n题目要求：0dB - 60dB可调，并且宽带直流放大器，强调直流精度。
VCA810在40dB的增益可调范围内拥有35MHz 的恒定带宽（包括小信号带宽和全功率带宽），典型输出失调电压仅为4mV理论分析n信号调理部分的解决方案：n将输入10mVRMS的输入10MHz 正弦波放大到2.8Vpp，并支持输入信号小至1mVRMS理论分析n第四个问题：高输出功率n解决方案：宽电压。