運(yùn)算放大器關(guān)鍵性能指標(biāo)

模擬運(yùn)放關(guān)鍵性能指標(biāo)運(yùn)放的分類1點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容輸入失調(diào)電壓Vos及溫漂2點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容輸入失調(diào)電流和輸入偏置電流3點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容共模抑制比4點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容開環(huán)電壓增益目錄5點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容點(diǎn)擊添加內(nèi)容增益帶寬積、壓擺率輸入失調(diào)電壓Vos及溫漂輸入失調(diào)電壓：運(yùn)放開環(huán)使用時(shí)，加載在兩個(gè)輸入端一個(gè)直流電壓，使放大器直流輸出電壓為0。影響：當(dāng)一個(gè)放大器被設(shè)計(jì)成Af倍閉環(huán)電壓增益（同相輸入放大增益）時(shí)，放大器在零輸入時(shí)，輸出存在一個(gè)AfVos的直流電平，閉環(huán)增益越大，輸出失調(diào)電壓越大。產(chǎn)生原因：

運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓來源于運(yùn)放差分輸入級(jí)兩個(gè)管子的不匹配。如下圖。受工藝水平的限制，這個(gè)不匹配是不可避免的。失調(diào)電壓的溫漂，也就是說，上面提到的輸入失調(diào)電壓會(huì)隨著溫度的變化而變化。而我們的實(shí)際電路的應(yīng)用環(huán)境溫度總是變化的，這又給我們帶來了棘手的問題。下表就是在OPA376datasheet上截取下來的參數(shù)。它溫漂最大值為1uV/℃(-40℃to85℃)。一大批運(yùn)放的Vos是符合正態(tài)分布的，因此datasheet一般還會(huì)給出offset分布的直方圖。當(dāng)溫度變化時(shí)，輸入失調(diào)電壓溫漂的定義為：Vos(85℃)=25uV+60uV=85uV.

如果放大電路的Gain改為100，則最大輸出失調(diào)電壓就為8.5mV。這是最差的情況。輸入失調(diào)電流（Ios）輸入偏置電流（IB）輸入偏置電流與輸入失調(diào)電流輸入偏置電流Ib是由于運(yùn)放兩個(gè)輸入極都有漏電流（我們暫且稱之為漏電流）的存在。我們可以理解為，理想運(yùn)放的各個(gè)輸入端都串聯(lián)進(jìn)了一個(gè)電流源，這兩個(gè)電流源的電流值一般為不相同。也就是說，實(shí)際的運(yùn)入，會(huì)有電流流入或流出運(yùn)放的輸入端的（與理想運(yùn)放的虛斷不太一樣）。那么輸入偏置電流就定義這兩個(gè)電流的平均值，這個(gè)很好理解。輸入失調(diào)電流呢，就定義為兩個(gè)電流的差。三極管是電流控制器件。那么其偏置電流就來源于輸入級(jí)的三極管的基極電流，由于工藝上很難做到兩個(gè)管子的完全匹配，所以這兩個(gè)管子Q1和Q2的基極電流總是有這么點(diǎn)差別，也就是輸入的失調(diào)電流。對(duì)于FET輸入的運(yùn)放，由于其是電壓控制電流器件，可以說它的柵極電流是很小很小的，一般會(huì)在fA級(jí)，但不幸的是，它的每個(gè)輸入引腳都有一對(duì)ESD保護(hù)二極管。這兩個(gè)二極管都是有漏電流的，這個(gè)漏電流一般會(huì)比FET的柵極電流大的多，這也成為了FET輸入運(yùn)放的偏置電流的來源。當(dāng)然，這兩對(duì)ESD保護(hù)二極管也不可能完全一致，因此也就有了不同的漏電流，漏電流之差也就構(gòu)成了輸入失調(diào)電流的主要成份。下面列表中上表是bipolar的LM741的輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流，這個(gè)電流流到外面電阻，即使是K歐級(jí)的，也會(huì)產(chǎn)生幾十uV的失調(diào)電壓，再經(jīng)放大，很容易就會(huì)使輸出的電壓誤差到mV級(jí)。下表則是CMOSFET的OPA369的輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流，這兩個(gè)值要小的多了，比較好的COMS運(yùn)放輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流的典型值可以做到小于1pA的目標(biāo)。輸入偏置電流會(huì)流過外面的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而轉(zhuǎn)化成運(yùn)放的失調(diào)電壓，再經(jīng)運(yùn)放話后就到了運(yùn)入的輸出端，造成了運(yùn)放的輸入誤差。這也就說明了，在反向放大電路中，為什么要在運(yùn)放的同相輸入端連一個(gè)電阻再接地的原因。并且這個(gè)電阻要等于反向輸入端的電阻和反饋電阻并聯(lián)后的值。這就是為了使兩個(gè)輸入端偏置電流流過電阻時(shí)，形成的電壓值相等，從而使它們引入的失調(diào)電壓為0。對(duì)于微小電流檢測(cè)的電路，一般為跨阻放大電路，如光電二極管的探測(cè)電路，一般有用光信號(hào)都比較微弱轉(zhuǎn)化的光電源信號(hào)更微弱，常常為nA級(jí)甚于pA級(jí)。這個(gè)電路的本意是想讓光電流向反饋電阻流動(dòng)從而在放大電路輸出端產(chǎn)生出電壓。如果選用的運(yùn)放的輸入偏置電流過大，剛這個(gè)微弱的光電流會(huì)有一部分流入到運(yùn)放的輸入端，而達(dá)不到預(yù)設(shè)的I/V線性轉(zhuǎn)化。共模抑制比（CMRR）共模抑制比運(yùn)放的共模輸入電壓是指運(yùn)放兩個(gè)輸入引腳電壓的平均值：實(shí)際運(yùn)放的差模放大倍數(shù)也不會(huì)是無窮大，共模放大倍數(shù)也不會(huì)是零。我們就這樣定義運(yùn)放的共模抑制比（CMRR），差模增益與共模增益的比，如下式還有一個(gè)參數(shù)非常常見，就是CMR，它其實(shí)是CMRR的對(duì)數(shù)表示，如下式：

CMRR是運(yùn)放的一個(gè)直流精度參數(shù)，它的好壞，會(huì)引起運(yùn)放的放大電路的輸出誤差的好壞。下表是OPA177的datasheet中標(biāo)出的共模抑制比CMRR，注意表中標(biāo)定的值是指，在輸入共模電壓范圍內(nèi)的直流共模抑制比。它的最小值為130dB，是非常高的值。由于CMRR是有限值，當(dāng)運(yùn)放輸入端有共模電壓Vcm時(shí)，它會(huì)引入一個(gè)輸入失調(diào)電壓，我們稱之為Vos_CMRR。如下圖所示當(dāng)共模電壓為5V時(shí)，這個(gè)失調(diào)電壓為1.58uV。計(jì)算過程如下，直流共模抑制比轉(zhuǎn)化為比率為：對(duì)于上圖中的G=2的電路，則輸出端誤差為3.16uV。對(duì)于基準(zhǔn)源為2.5V，雙極性輸入的24位ADC來說，為相當(dāng)于引起了11個(gè)LSB的直流誤差了，直接影響到最后四位的精度了。運(yùn)放的CMRR是隨頻率的增加而降低。Datasheet中通常會(huì)給出一個(gè)曲線圖來表示這一變化。有一點(diǎn)需要引起注意，對(duì)于反向比例放大電路，如下圖，它的同向端是接入到地的，由于“虛短”。此放運(yùn)放的共模信號(hào)將為0，并且不隨信號(hào)的變化而改變。因此共模信號(hào)引起的誤差很小。

而對(duì)于同向比例放大電路，如下圖，它的同向端是接是接的信號(hào)，由于“虛短”。此放運(yùn)放的共模電壓就是信號(hào)的電壓。如果信號(hào)本身是一個(gè)頻率很高的信號(hào)，幅值也很大。那么由這個(gè)信號(hào)引入的Vos_CMRR_AC執(zhí)必會(huì)非常大。此時(shí)應(yīng)選用在信號(hào)頻率上CMRR依然很高的運(yùn)放。經(jīng)過上面的分析，即使這樣，Vos_CMRR_AC的影響可能也會(huì)是非常嚴(yán)重的。開環(huán)增益（AOL）增益帶寬積（GBPorGBW）開環(huán)增益AOL

在不具負(fù)反饋情況下(開環(huán)路狀況下)，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)稱為開環(huán)增益，簡(jiǎn)稱AOL。這句話簡(jiǎn)單的定義了運(yùn)放的開環(huán)增益。實(shí)際的運(yùn)放的開環(huán)增益，有高有低，并且會(huì)隨溫度變化，這是我們不想看到的。下圖是OPAl369的datasheet中給出的關(guān)于開環(huán)增益的參數(shù)，首先映入眼簾（小學(xué)作文常用詞）的是開環(huán)增最典型值為134dB，最小值為114dB。這說明一點(diǎn)，同一型號(hào)的一大批運(yùn)放，它們各自的開環(huán)增益是有一定分布的。第二項(xiàng)映入眼簾的是運(yùn)放的開環(huán)增益會(huì)隨溫度變化而變化。當(dāng)然是變壞了。在整個(gè)運(yùn)放的使用范圍里最小值可能達(dá)到90dB.增益帶寬積、壓擺率（SlewRate，SR）增益帶寬積下表就是運(yùn)放OPA376的datasheet中給出的增益帶寬積典型值5.5MHz。壓擺率說它重要的原因是運(yùn)放的增益帶寬積GBW是在小信號(hào)條件下測(cè)試的。而運(yùn)放處理的信號(hào)往往是幅值非常大的信號(hào)，這更需要關(guān)注運(yùn)放的壓擺率。壓擺率可以理解為，當(dāng)輸入運(yùn)放一個(gè)階躍信號(hào)時(shí)，運(yùn)放輸出信號(hào)的最大變化速度，如下圖所示下表就是運(yùn)放datasheet中標(biāo)出的運(yùn)放的壓擺率：SR的直接影響，就是使輸出信號(hào)的上升時(shí)間或下降時(shí)間過慢，從而引起失真。下圖是測(cè)試的OPA333增益G=10時(shí)波形。由于OPA333的增益帶寬積為