一文了解运算放大器常见指标及重要特性

输入失调电压(Offset Voltage，VOS)

定义：在运放开环使用时， 加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为 0。

优劣范围：1µV 以下，属于极优秀的。100µV 以下的属于较好的。最大的有几十mV。

对策：

1 选择 VOS远小于被测直流量的放大器，

2 过运放的调零措施消除这个影响

3 如果你仅关心被测信号中的交变成分，你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路，将其消除。

 

如果 IB1=IB2，那么选择 R1=R2//RF，可以使电流形成的失调电压会消失。但实际中IB1=IB2很难满足

失调电压漂移(Offset Voltage Drift)

定义：当温度变化(µV/°C)、时间持续(µV/MO)、供电电压(µV/V)等自变量变化时， 输入失调电压会发生变化。

后果：很严重。因为它不能被调零端调零，即便调零完成，它还会带来新的失调。

对策：第一， 就是选择高稳定性，也就是上述漂移系数较小的运放。第二，有些运放具有自归零技术，它能不断地测量失调并在处理信号过程中把当前失调电压减掉。

 

输入偏置电流(Input bias current， IB)

定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的平均值。Ib=(Ib1+Ib2)/2

优劣范围：60fA~100µA。

后果：第一，当用放大器接成跨阻放大测量外部微小电流时，过大的输入偏置电流会分掉被测电流，使测量失准。第二，当放大器输入端通过一个电阻接地时，这个电流将在电阻上产生不期望的输入电压。

对策：为避免输入偏置电流对放大电路的影响，最主要的措施是选择 IB较小的放大器。

输入失调电流(Input offset current， IOS)

定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的差值。

优劣范围：20fA~100µA。

Ib=Ib1-Ib2

后果：失调电流的存在，说明两个输入端客观存在的电流有差异，无法用外部电阻实现匹配抵消偏置电流的影响。

 

噪声指标(Noise)

运放常见的噪声根源有两类，一类为 1/f 噪声，其电能力密度曲线随着频率的上升而下降; 一类为白噪声，或者叫平坦噪声，其电能力密度曲线是一条直线，与频率无关。

如何根据datasheet估算运放的噪声??

 

如何计算电阻的噪声??

噪声的有效值和峰峰值关系：噪声峰峰值为噪声有效值的 6.6 倍。

 

输入电压范围(Input Voltage Range)

定义：保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。也称为共模输入电压范围。

当运放最大输入电压范围与电源范围比较接近时，比如相差 0.1V 甚至相等、超过，都可以叫“输入轨至轨”，表示为 Rail-to-rail input，或 RRI。

理解：运放的两个输入端，任何一个的输入电压超过此范围，都将引起运放的失效。注意，超出此范围并不代表运放会被烧毁，但绝对参数中出现的此值是坚决不能超过的。

 

输出电压范围(VOH/VOL 或者 Swing from rail)

定义：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。

理解：在没有额外的储能元件情况下，运放的输出电压不可能超过电源电压范围，随着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会越大。

输出电压范围，或者输出至轨电压有如下特点：

1) 正至轨电压与负至轨电压的绝对值可能不一致，但一般情况下数量级相同;

2) 至轨电压与负载密切相关，负载越重(阻抗小) 至轨电压越大;

3) 至轨电压与信号频率相关，频率越高，至轨电压越大，甚至会突然大幅度下降;

4) 至轨电压在 20mV 以内，属于非常优秀。

5) RRIO(输入输出均轨至轨)