一文了解運算放大器常見指標(biāo)及重要特性

輸入失調(diào)電壓(Offset Voltage，VOS)

定義：在運放開環(huán)使用時， 加載在兩個輸入端之間的直流電壓使得放大器直流輸出電壓為 0。

優(yōu)劣范圍： 1µV 以下，屬于極優(yōu)秀的。 100µV 以下的屬于較好的。最大的有幾十mV。

對策：

1 選擇 VOS遠(yuǎn)小于被測直流量的放大器，

2 過運放的調(diào)零措施消除這個影響

3 如果你僅關(guān)心被測信號中的交變成分，你可以在輸入端和輸出端增加交流耦合電路，將其消除。

如果 IB1=IB2，那么選擇 R1=R2//RF，可以使電流形成的失調(diào)電壓會消失。但實際中IB1=IB2很難滿足

失調(diào)電壓漂移(Offset Voltage Drift)

定義： 當(dāng)溫度變化(µV/°C)、時間持續(xù)(µV/MO)、供電電壓(µV/V)等自變量變化時， 輸入失調(diào)電壓會發(fā)生變化。

后果：很嚴(yán)重。因為它不能被調(diào)零端調(diào)零，即便調(diào)零完成，它還會帶來新的失調(diào)。

對策：第一， 就是選擇高穩(wěn)定性，也就是上述漂移系數(shù)較小的運放。第二，有些運放具有自歸零技術(shù)，它能不斷地測量失調(diào)并在處理信號過程中把當(dāng)前失調(diào)電壓減掉。

輸入偏置電流(Input bias current， IB)

定義：當(dāng)輸出維持在規(guī)定的電平時，兩個輸入端流進(jìn)電流的平均值。Ib=(Ib1+Ib2)/2

優(yōu)劣范圍：60fA~100µA。

后果：第一，當(dāng)用放大器接成跨阻放大測量外部微小電流時，過大的輸入偏置電流會分掉被測電流，使測量失準(zhǔn)。第二，當(dāng)放大器輸入端通過一個電阻接地時，這個電流將在電阻上產(chǎn)生不期望的輸入電壓。

對策：為避免輸入偏置電流對放大電路的影響，最主要的措施是選擇 IB較小的放大器。

輸入失調(diào)電流(Input offset current， IOS)

定義：當(dāng)輸出維持在規(guī)定的電平時，兩個輸入端流進(jìn)電流的差值。

優(yōu)劣范圍： 20fA~100µA。

Ib=Ib1-Ib2

后果：失調(diào)電流的存在，說明兩個輸入端客觀存在的電流有差異，無法用外部電阻實現(xiàn)匹配抵消偏置電流的影響。

噪聲指標(biāo)(Noise)

運放常見的噪聲根源有兩類，一類為 1/f 噪聲，其電能力密度曲線隨著頻率的上升而下降; 一類為白噪聲，或者叫平坦噪聲，其電能力密度曲線是一條直線，與頻率無關(guān)。

如何根據(jù)datasheet估算運放的噪聲??

如何計算電阻的噪聲??

噪聲的有效值和峰峰值關(guān)系：噪聲峰峰值為噪聲有效值的 6.6 倍。

輸入電壓范圍(Input Voltage Range)

定義：保證運算放大器正常工作的最大輸入電壓范圍。也稱為共模輸入電壓范圍。

當(dāng)運放最大輸入電壓范圍與電源范圍比較接近時，比如相差 0.1V 甚至相等、超過，都可以叫“輸入軌至軌”，表示為 Rail-to-rail input，或 RRI。

理解：運放的兩個輸入端，任何一個的輸入電壓超過此范圍，都將引起運放的失效。注意，超出此范圍并不代表運放會被燒毀，但絕對參數(shù)中出現(xiàn)的此值是堅決不能超過的。

輸出電壓范圍(VOH/VOL 或者 Swing from rail)

定義：在給定電源電壓和負(fù)載情況下，輸出能夠達(dá)到的最大電壓范圍。當(dāng)運放的輸出范圍已經(jīng)接近于電源電壓范圍時，就自稱“輸出軌至軌”，表示為 Rail-to-rail output，或 RRO。

理解：在沒有額外的儲能元件情況下，運放的輸出電壓不可能超過電源電壓范圍，隨著負(fù)載的加重，輸出最大值與電源電壓的差異會越大。

輸出電壓范圍，或者輸出至軌電壓有如下特點：

1) 正至軌電壓與負(fù)至軌電壓的絕對值可能不一致，但一般情況下數(shù)量級相同;

2) 至軌電壓與負(fù)載密切相關(guān)，負(fù)載越重(阻抗小) 至軌電壓越大;

3) 至軌電壓與信號頻率相關(guān)，頻率越高，至軌電壓越大，甚至?xí)蝗淮蠓认陆?

4) 至軌電壓在 20mV 以內(nèi)，屬于非常優(yōu)秀。

5) RRIO(輸入輸出均軌至軌)