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目录

2.1.3 运算放大器的参数

1.静态技术指标

2.交流技术指标

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2.1.3 运算放大器的参数

当选用运算放大器设计应用电路时，需要根据不同的应用需要及要求，选用不同类型的运算放大器以充分发挥其性能特点，为此，需要了解并掌握运算放大器的参数，运放参数是运放的选型依据。

1.静态技术指标

1）输入失调电压Vos

（1）定义：在室温（25℃）及标称电源电压下，为使运放的输出电压为零而在输入端加的补偿电压。

（2）输入失调电压Vos产生的原因：运算放大器的输入级为差动输入放大器，由于制造工艺的原因，晶体管的特性不可能完全一致，这种由基-射级的正向偏置电压Vbe的失配导致的电压差Vbe1-Vbe2（如图2.1.2所示）就是输入失调电压，即Vos=Vbe1-Vbe2。

图2.1.2 输入失调电压的定义 

（3）输入失调电压的调零：弄清楚输入失调电压的产生原因，就可设法采用一些电路来调零，使运放输入为零，输出也为零。

① 基极调零：如图2.1.3（a）所示，通过调节电位器Rp，改变VT1的基极电位，从而改变基极和集电极电流Ib1和Ic1，最终使

② 集电极调零：如图2.1.3（b）所示，通过调节电位器Rp，改变VT1、VT2的集电极电流，达到调零的目的。 

图2.1.3 失调电压的调零 

2）输入失调电压的温度漂移dVos/dt

（1）定义：在规定的温度范围内输入失调电压 Vos的温度系数，它是对运放电压漂移特性的量度。工程上将dVos/dt定义为在规定温域内Vos～T关系曲线的平均斜率。

（2）dVos/dt的产生原因：Vbe是温度的函数，而失调电压是由输入级两晶体管的Vbe的不匹配引起的，因而失调电压理应是温度的函数，这就是失调电压温度漂移的原因。

需要指出的是，失调电压可以调零，而温度漂移是无法调零的，只能通过电路补偿减小。

3）输入偏置电流Ib

（1）定义：在标称电源电压及室温下，集成运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值，即

 （2）Ib产生的原因：集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流（静态）Ibn、Ibp（如图2.1.4所示）。显然输入晶体管的β值与Ib有关， β越大，Ib越小。Ib越小，由于信号源内阻引起的输出电压的变化也越小，因此它是重要的指标。

图2.1.4 输入偏置电流 

4）输入失调电流Ios

（1）定义：在标称电源及室温下，当集成运放的输出电压为零时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即

 （2）Ios产生的原因：在两管的集电极静态电流相等的条件下，造成电流失调的主要原因是两管的β值失配。

5）输入失调电流温度漂移dIos/dT

（1）定义：在规定的工作温度范围内Ios的温度系数。

（2）温度漂移的机理：dIos/dT的机理是晶体管的温敏性。在Ic为常数的情况下是由晶体管β的温度系数引起的，它与失调电流大小有关。小的Ios导致小的dIos/dT。同样输入失调电流漂移也无法调零。

6）最大差模输入电压Vid

Vid就是运算放大器的反相和同相输入端所能承受的最大电压差。超过这个电压，输入级某一侧的晶体管将出现发射结反向击穿，从而使运算放大器的输入特性明显恶化，甚至可能造成永久性损坏。

7）最大共模输入电压Vicm

Vicm就是运算放大器所能承受的最大共模输入电压。一般指运放在电压跟随器组态下，使输入电压产生1%跟随误差的共模电压幅值。输入共模电压如果超过Vicm，运放的共模抑制比将下降，甚至会出现“锁死”现象或造成永久性损坏。

8）开环差模电压增益Avo

Avo就是集成运放在标称电源电压及指定负载电阻（通常规定RL=2kΩ）下的直流差模电压增益。设差模输入电压为Vin，开环输出电压为Vo，则

一般用分贝数表示为 

 由于运放的输入及输出电压都是以地为参考的，因此更为严格的是

则 Avo对温度、老化及电源等因素十分敏感，因此，测定 Avo的确切数值是没有意义的，通常感兴趣的是它的数量级。

 9）共模抑制比CMRR

① 定义：集成运放差模电压增益与共模电压增益的比值。

② 共模抑制比的本质：对理想运放而言，由于

因此当输入共模电压Vic时，其输出为零，即理想运放的共模电压增益Acm=0。 

对实际运放，由于差分输入不完全对称，导致|Avo+|≠|Avo-|，因此当施加共模电压Vic时，其仍将产生一定的输出电压，Voc≠0。其共模电压增益

折算到输入端的输入共模误差电压Vic'为 

从物理意义上讲，Vic'与输入差模输入电压同为运放的差动输入信号，无法区别，因此作为衡量运放的共模抑制能力的指标CMRRo应为 

因此，共模抑制比为 

10）额定输出电压Vomax 

定义：指在标称电源电压和额定输出电流的情况下，为保证输出波形不出现明显的削波或非线性失真，运算放大器所能提供的最大输出电压峰值。它又称运算放大器输出电压的最大摆幅。

11）额定输出电流Iomax

定义：指额定输出电压下，集成运放所能提供的最大输出电流。应注意：可以使用小的负载电阻，但Vomax将降低，输出波形的畸变将加大，开环差模电压增益Avo将减小。

12）差模输入电阻Rid

定义：在室温下测定的运放的每个输入端对地的动态电阻。由于还存在共模输入电容Cic，因此用Zic表示共模输入阻抗Zic=Ric//Cic。Cic的典型值为5pF～25pF。

对BJT输入的集成运放，其Rid在数量级上要比Ric小两个数量级。对场效应管输入的集成运放，其Rid在数量级上与Ric相当。由于Ric是温度T与Vic的非线性函数，对场效应管输入的集成运放，每当温度升高10℃时，其阻值约减小一半。

13）共模输入电阻Ric

定义：在室温下测定的运放的每个输入端对地的动态电阻。由于还存在共模输入电容Cic，因此用Zic表示共模输入阻抗Zic=Ric//Cic。Cic的典型值为5pF～25pF。

对BJT输入的集成运放，其Rid在数量级上要比Ric小两个数量级。对场效应管输入的集成运放，其Rid在数量级上与Ric相当。由于Ric是温度T与Vic的非线性函数，对场效应管输入的集成运放，每当温度升高10℃时，其阻值约减小一半。

14）开环输出电阻Ro

定义：在开环状态下，运放输出级的输出电阻，即开环状态下，输出电压变量ΔVo与输出电流变量ΔIo比值，Ro=ΔVo/ΔIo。

15）开环带宽BW（fBW）

定义：指运放开环增益降低到直流增益A0的0.707倍时所对应的频带宽度。因为当信号频率为fBW时，开环差模电压增益下降了3d B，因此fBW通常称为-3d B带宽。

16）单位增益带宽（fGB）

定义：指运放的开环增益降低到1（即20lg Avo=0）时所对应的频带宽度。图2.1.5所示为单极点频率特性的集成运放的幅频特性。

图2.1.5 单极点集成运算放大器的幅频特性 

17）静态功耗Ps

定义：指输入信号为零时运放消耗的总功率。通常定义为

式中：

Ep——运放的正电源；

En——运放的负电源；

Ip——正电源所提供的总电流；

In——负电源所提供的总电流。 

18）最大功率带宽fP

定义：当输入信号为正弦电压，单位增益组态的集成运放其输出电压和输出电流分别达到额定值时，使输出波形的畸变为规定值（通常为1%）所对应的频带宽度，又称全功率响应。

这里fP与fBW和fGB不同，fP是描述集成运放在大信号工作条件下的一种频率参数，而fBW和fGB是小信号频率参数。

19）电源电压抑制比PSRR

（1）定义：折算到运放输入端的等效失调电压的变化与电源电压变化量的比值，即

（2）机理：从本质上说，非零的PSRR实际上是由有限的CMRR和Avo造成的。电源电压的波动导致电源中性点的偏移，因此电位基准点偏移，这就相当于运算放大器的输入端施加了一共模电压。该共模电压由于CMRR的有限性，等效于一输入失调电压，其值计算如下。 

设电源波动ΔE，则中性点为1/2ΔE，相当于输入端加上1/2ΔE的共模电压，则输出端产生一共模输出电压

折算到输入端 

这就是由电源波动而产生的输入端的等效失调电压，该电压必然在输出造成运算误差。

（3）PSRR的实际意义：它的实际意义是指出了对于运放的供电电源稳定性的要求。举例说明如下。

某一集成运放的PSRR=30×10^-6，Avo=2×10^5，闭环增益Af=100。设电源电压的纹波为10m V，则根据PSRR的概念，该纹波将在输入端产生等效失调电压ΔVos： 

因此，闭环时输出波纹=Af·ΔVos=100×0.3=30（μV）；

开环时输出纹波=Avo·ΔVos=2×10^5×0.3=60（m V）。 

2.交流技术指标

1）上升速率SR

（1）定义：指运算放大器在额定输出电压下，输入为大信号（如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即

当反馈深度不同时，这个指标出入较大，因此一般规定在单位增益组态下的值作为SR的指标值。 

（2）上升速率限制的原因：原因是运放的相位补偿电容和晶体管级间电容的过渡过程。

（3）SR与fp的关系

设输出电压为vo ）（t=Vomsinωt，则vo（t）变化速率为

而

 

 根据定义，当频率为fp时放大器输出为额定电压Vomax，故

2）建起时间ts 

定义：指一个闭环放大器在单位增益组态下，在阶跃输入下输出电压从开始响应到进入所指定的百分误差带内所需要的时间。

图2.1.6所示中ε%为指定的百分误差。

图2.1.6 建起时间ts 

建起时间由三部分组成：

t1——初始传输延长时间；

t2——上升时间；

t3——恢复时间。

它通常由放大器的上升速率SR和小信号频率特性（严格讲应是回路增益的单位增益带宽和相角稳定储备）所限定。因此，单独用SR和fGB都不能确切表达ts的大小。

举例：理想输出电压为10V，指定的百分误差为0.1%，则稳定进入10V±0.1%×10V=9.99～10.01V范围的时刻与起始时刻之间的时间间隔为ts。

总之，上升速率与建起时间这两个指标可以综合地反映集成运放的瞬态特性。前者表征集成运放对大信号阶跃输入有多快的建起能力，后者表征在施加阶跃输入后，放大器的输出建起到所指定的电压误差带内所需的时间。从工程的应用角度来说，后者往往更具有实践上的重要性。

3）输入等效噪声电压ein

定义：指集成运放输入端没有输入信号电压，而又无外界干扰时，输出端产生的无规则电压变化，再折算到输入端的值。它包括输入噪声电压en和输入噪声电流in两个分量。设信号源内阻为Rx，则

从式（2.1.20）可知，当信号源内阻较大时，噪声电流的影响加大，因而在高阻抗应用场合，应选用低in的运算放大器。 

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