器件 | 模电之王 | 运算放大器 / 开普饭

一、运放的分类

1、按照拓扑分类：

电流反馈型(CFB)

电压反馈型(VFB)

2、按照工艺分类：

双极型

CMOS型

BIMOS型

3、按照性能分类：

通用运放

专用运放

二、运放参数：

如上是某运放在一定测试条件下的一些电气参数。

供电：根据自己所需要的电路供电电压和输出电压，先判断运放的供电电压是否满足。注：对于一些敏感小信号的处理时，运放的供电质量显的尤其重要，处理不好，会浪费高价买来的性能，如后面提及的PSRR；

轨到轨：运放是否是轨到轨输入/出，这个决定能否满量程的跟随您所需要的信号，否则您需要对运放电路进行处理。注：如需放大如下图所示的交流信号时，因为一般运放并不能处理低于0V的电压信号，因此需要在送入运放输入端时将信号抬升至合适范围；

带宽：如果驱动高速模拟信号输出，那么这个就得注意频率是否在带宽内，不然会造成信号失真（幅值）。注：带宽需要和实际放大倍数一起去考虑；

驱动电流：这个决定您的驱动能力，即驱动负载能力，如果负载过大将会导致运放失调，输出电压不再准确；

输入失调电压 Vos：输入失调电压是使输出电压为零时加在输入端的补偿电压；

输入失调电压温漂：在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量的比值；

输入失调电流Ios：输入时，差分输入级对管的基级电流之差，Ios=|IB1-IB2|。表征差分级输入电流不对称程度；

输入失调电流温漂：在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值；

输入偏置电流IB：运放两个输入端偏置电流的平均值，确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流；

注：输入偏置电流与输入失调电流都是温度的函数，在小信号放大的过程中我们不仅仅要关注偏置电路，失调电流本身的绝对值，还需要关注其随温度动态变化的参数，像有些产品在做可靠性测试的时候就需要跑-40~70℃的变化，如果选型的时候不注意相关参数的温漂，那么往往导致选型的失败，耽误了项目进度；

共模抑制比(CMRR)：与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益与共模电压增益之比，常用分贝数来表示。KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数；

电源抑制比(PSRR)：PSRR是反映电源的供电电压的纹波对输出电压的影响的重要参数。PSRR值越高越好，PSRR = 20log[(Ripple(in) / Ripple(out))]。注意，datasheet标记方式一般有两种，一种是如120dB，这种方式；另外一种是用例如1uV/V表示。这两种都可以，要了解一下是怎样换算的；

另外需要注意的是CMRR和PSRR都是关于频率的函数，如下图所示，实际应用中需要参考类似图

－3dB 带宽：运算放大器的差模电压放大倍数下降 3dB 所定义的带宽。其值愈大愈好，可以参考很久之前发的一篇文章：关于截止频率取-3db引发的思考？

单位增益带宽：增益下降到 1 时的-3dB带宽，定义为单位增益带宽。与晶体管的特征频率相类似；

压摆率：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。信号幅值愈大，频率愈高，要求集成运放的SR 愈大；

最大差模输入电压：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。平面工艺制成的NPN 管，其值在5V 左右，横向 PNP 管的Vidmax 可达±30V以上；

以上描述主要是根据实际应用中对运放参数的一些认识，大家可以自行下载一个运放手册，细细看一下。

三、基础应用

1、分析理论基础：

虚短：在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短；

虚断：在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断；

2、常见电路：

反向放大

同向放大

加法电路

减法电路

积分电路

微分电路

备注：相关公式可自行查找或者推导

3、运放组成的有源滤波器：

按 f = f0 附近频率特性的特点，可将滤波器分为巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和贝塞尔（Bessel）三种类型， Q 值分别为 0.707、1、0.56。巴特沃斯滤波器的幅频特性无峰值，在 f = f0 附近幅频特性曲线为单调减。切比雪夫滤波器在 f = f0 附近截止特性最好，曲线的衰减斜率最陡。贝塞尔滤波器的过渡特性最好，相频特性无峰值。

a、Sally-Key架构通用拓扑，压控电压源型

详情可参考之前的文章及视频：

文章链接：有源滤波器-Sallen-key拓扑

视频链接：有源滤波器的原理讲解与设计教程：SallenKey与多重反馈

低通