【模电】0002 实用运放电路分析（续）

这一节讲讲实际设计电路时，怎么选择运放，需要专注哪些参数。

要注意的是，器件即使再简单，他们的参数也是很复杂的，找到芯片的datasheet，里面可能数十个参数，开始时我们只要关注最重要的几个参数，就能应对大多数的场合，至于更深层次的应用，需要长期的积累。

上一节讲了运放的几个特别重要的特性：虚短、虚断、负反馈，以及一个重要的参数：开环放大倍数。分析的时候把虚短、虚断理想化了，把开环放大倍数视为无穷大，而实际使用时，这些参数并不是理想化的，那么要如何关注这些参数呢？

我们以一个例子来讲解，假如我们需要设计一个放大电路，输入信号的电压10mv~100mv，输入信号的驱动能力很弱，只能提供5uA电流，信号频率在20kHz以内，需要将它放大10倍。

如果采用反向比例放大器的方式实现，首先看一下电路：

 首先，为了保证虚短的特性成立，我们要保证Vn和Vp的差值要远小于输入信号Vi的幅值，相对于Vi可以忽略，否则i1就不能使用(Vi-Vn)/R1 = (Vi-Vp)/R1 公式去等效（这个公式只有在Vn和Vp相差远小于Vi时才可以在工程上近似）。

实际运放的Vn和Vp的差值，叫做 输入失调电压（offset voltage ），也有简写为失调电压的，就是运放两个输入端的最大差值，我们要选择输入失调电压远小于10mv的运放，才能保证信号的能最大限度地进入电路进行处理。

其次，为了保证虚断特性成立，我们要保证i1的值要远大于的值，的值叫做 输入偏置电流 （Input bias current ），也有简称为偏置电流的。

由于i1一方面取决于输入信号能提供的驱动电流，另一方面取决于输入电压信号幅值与R1的比值，工程上一般选择R1的阻值为几k到几百k；考虑到输入信号最大100mv，驱动电流最大5uA，需使用大于等于 100mv / 5uA = 20kΩ 的电阻作为R1，这里我们直接选择R1 = 20kΩ。

选定R1后，由 i1=(Vi-Vn)/R1 计算得到 i1 最小为0.5uA，所以我们需要选择输入偏置电流远小于0.5uA的运放，才能满足近似虚断的条件。

再次，关于运放的放大倍数是否能够达到要求，一般在工程应用上，不会直接查找运放的开环放大倍数，有的运放手册中可能也没有这个参数，而是选择合适的 增益带宽积 （GBW）。增益带宽积是运放电路的 增益 * 带宽 所得的值，它是运放的一个特殊的参数，因为一型运放电路的 增益 * 带宽 一般是一个固定值。在我们这个例子中，带宽为20kHz、放大倍数是10，那么需要选择增益带宽积大于0.2MHz的运放。

由于放大倍数是10，R1的值已被我们选定为20k，所以R2被确定为200k。

这样，我们得到了选择运放的要求：输入失调电压远小于10mv，输入偏置电流远小于0.5uA，增益带宽积大于0.2MHz。

我们可以依据这个要求，去各大芯片厂家的网站上筛选合适的芯片，比如满足本例需求的比较常用的，可以选择op07这型运放。下图摘自op07的芯片手册，可以看到失调电压最大为0.075mv，偏置电流最大为4nA，增益带宽积最小为0.4MHz，都能满足要求。

（至于其中的“远小于”的值怎么选，我们一般需要考虑放大电路的精度，如果要求放大的误差在5%以内，那么通常选择小于1%可以满足要求，这是工程上的近似）。

实际选择运放时，还要考虑电源供电范围、输出的驱动能力、共模抑制比、电源抑制比等等一些参数；设计电路时，也不是简单地套用书上现成电路，有时可能需要考虑输入阻抗、输出阻抗，有时简单的电路不能实现时，需要多种组合、多级组合；这些需要长期的学习和积累。

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