运算放大器总结

        早期的运算放大器目的是制造模拟计算机，用来计算各种数学公式。虽然现在已经被数字电路替代了，但是运算放大器在模拟电路设计中，仍然是最重要的知识。

1、运放是怎么工作的？

以电压反馈型运放（以下简称VFA）为例。由它的内部结构可以知道，它会工作在增益比较大的情况，这就意味着，输入的差模信号趋向于0。

也就是说(V'-GND)的电压非常小，再乘以非常大的增益G，得到输出VOUT。

而一般运放的输入阻抗又非常高，所以会导致I2'和I3'非常小。所以在PCB上，要让红框内的走线尽量短。同相放大器也是类似的。

2、共模输入电压。

这么一看，运放只认差模输入电压，那么是不是不用管共模输入电压呢？不是的。

以THS4032为例，在正负15V供电时，共模输入电压范围典型值为正负14V。

比如上图的高边采样，使用R1采集电源输出的电流，显然R3和R4的电压都接近于+15V，对于运放来说，共模输入电压约为+15V，即该电路不能正常工作。

3、带宽增益积。

对于共射放大电路来说，其带宽增益积是个常数。而一般的电压反馈型运放都是共射放大电路。

对于THS4032来说，它的单位增益为120MHz（增值益为1时），而对于小信号的宽带为100MHz。也就是说把THS4032设置为反相放大器，且增益为10时，能通过的小信号宽带为10MHz。

4、压摆率。

THS4032的压摆率为100V/us，这个参数是运放输出电压的最高变化率，就是deltaV / deltaT，可以用压摆率换成上升时间，而上升时间又和带宽有关系，即：BW = (0.35~0.45) / Tr。

那么在实践中究竟看带宽增益积，还是看压摆率？我这里建议的是小信号看带宽增益积（一般是100mVpp），大信号看压摆率。

5、对称与平衡。

VFA的输入都是做成对称的，虽然由于工艺问题不能完全对称，但是对称度已经很高了。如果在两个输入端的阻抗不平衡时，输出可能有问题。

所以要加入平衡电阻Rp，Rp=Rf//R1。让运放两个输入引脚的阻抗保持一致。

如果Rf加了电容，那么Rp也加电容，C1=C2，同样让阻抗保持一致。

6、输入失调电压Vos。

THS4032输入失调电压最大有3mV。如何测量输入失调电压？

 

将输入都接上地，设置运放的增益比较大，这里可以是1000倍，那么VOUT=Vos*1000，可以直接用万用表测量运放输出，从而反推出Vos。

那么从Vos的测量方法就可以得到什么是运放的输入失调电压的定义了。

就是当输入为0时，输出不为0的电压。

输入失调电压还会跟温度有关系，或者跟时间有关（比如一年漂移多少）。

如何减少失调电压？

可以从运放选型上减少、增加一片失调电压小的运放来补偿、或者使用自稳零技术。

7、最小稳定增益。

Acl, min spec gain (V/V)，为最小稳定增益。

运放工作时的最小增益不能低于该值，这是常常被人忽略的参数。

一般运放都会工作在增益不小于1的时候。

8、共模抑制比CMRR。

CMRR表征运放抑制共模电压的能力。CMRR除了和差模放大倍数Aod、共模放大倍数Aoc有关之外，还跟频率有关。

9、电源抑制比PSRR。

PSRR表征运放抑制电源纹波的能力。PSRR也跟频率有关。

10、输入阻抗与输入的管子类型。

输入阻抗分为输入电阻和输入电容两部分。

其中输入电阻与输入的管子类型有关，如：三极管作为输入级，那么输入电阻会较低；而MOS管作为输入级，那么输入电阻会较高；而JFET作为输入级，那么输入电阻会更高。

11、输入失调电流Ios。

Ios表征输入级的两个管子，它们的偏置电流的差异。这是工艺决定的，因为无法把两个管子做的完全对称。如下图所示，两个管子的偏置电流会相差30nA，典型值。

12、输入偏置电流Iib。

Iib表征运放输入级管子流出的电流。

13、总谐波失真THD。

参考《如何测量运算放大器的总谐波失真和 THD + N的基本原理》

14、运放的类型。

运放可以分为：

1、电压反馈型VFB、电流反馈型CFB。

2、差分运放、全差分运放。

3、精密运放、高速运放。

4、隔离运放（容隔离、光隔离）。