运算放大器15个常见指标介绍

输入失调电压（Offset Voltage，VOS）

定义：

在运放开环使用时， 加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为 0。

优劣范围： 1µV 以下，属于极优秀的。 100µV 以下的属于较好的。最大的有几十mV。

对策：

1 选择 VOS远小于被测直流量的放大器，

2 过运放的调零措施消除这个影响

3 如果你仅关心被测信号中的交变成分，你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路，将其消除。

如果 IB1=IB2，那么选择 R1=R2//RF，可以使电流形成的失调电压会消失。但实际中IB1=IB2很难满足

失调电压漂移（Offset Voltage Drift）

定义： 当温度变化（µV/°C）、时间持续（µV/MO）、供电电压（µV/V）等自变量变化时， 输入失调电压会发生变化。

后果：很严重。因为它不能被调零端调零，即便调零完成，它还会带来新的失调。

对策：第一， 就是选择高稳定性，也就是上述漂移系数较小的运放。第二，有些运放

具有自归零技术，它能不断地测量失调并在处理信号过程中把当前失调电压减掉。

输入偏置电流（Input bias current， IB）

定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的平均值。Ib=（Ib1+Ib2）/2

优劣范围：60fA~100µA。

后果：第一，当用放大器接成跨阻放大测量外部微小电流时，过大的输入偏置电流会

分掉被测电流，使测量失准。第二，当放大器输入端通过一个电阻接地时，这个电流将在电阻上产生不期望的输入电压。

对策：为避免输入偏置电流对放大电路的影响，最主要的措施是选择 IB较小的放大

器。

输入失调电流（Input offset current， IOS）

定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的差值。

优劣范围： 20fA~100µA。

Ib=Ib1-Ib2

后果：失调电流的存在，说明两个输入端客观存在的电流有差异，无法用外部电阻实现匹配抵消偏置电流的影响。

噪声指标（Noise）

运放常见的噪声根源有两类，一类为 1/f 噪声，其电能力密度曲线随着频率的上升而下降； 一类为白噪声，或者叫平坦噪声，其电能力密度曲线是一条直线，与频率无关。

如何根据datasheet估算运放的噪声？？

如何计算电阻的噪声？？

噪声的有效值和峰峰值关系：噪声峰峰值为噪声有效值的 6.6 倍。

输入电压范围（Input Voltage Range）

定义：保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。也称为共模输入电压范围。

当运放最大输入电压范围与电源范围比较接近时，比如相差 0.1V 甚至相等、超过，都可以叫“输入轨至轨”，表示为 Rail-to-rail input，或 RRI。

理解：运放的两个输入端，任何一个的输入电压超过此范围，都将引起运放的失效。注意，超出此范围并不代表运放会被烧毁，但绝对参数中出现的此值是坚决不能超过的。

输出电压范围（VOH/VOL 或者 Swing from rail）

定义：在给定电源电压和负载情况下，输出能够达到的最大电压范围。当运放的输出范围已经接近于电源电压范围时，就自称“输出轨至轨”，表示为 Rail-to-rail output，或 RRO。

理解：在没有额外的储能元件情况下，运放的输出电压不可能超过电源电压范围，随着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会越大。

输出电压范围，或者输出至轨电压有如下特点：

1） 正至轨电压与负至轨电压的绝对值可能不一致，但一般情况下数量级相同；

2） 至轨电压与负载密切相关，负载越重（阻抗小） 至轨电压越大；

3） 至轨电压与信号频率相关，频率越高，至轨电压越大，甚至会突然大幅度下降；

4） 至轨电压在 20mV 以内，属于非常优秀。

5） RRIO（输入输出均轨至轨）

共模抑制比（Common-mode rejection ratio， CMRR）

定义：差模电压增益与共模电压增益的比值，用 dB 表示。CMRR = 20 log （Ad/Ac）

优劣范围：一般运放都有 60dB 以上的 CMRR，高级的可达 140dB 以上。

运算放大器在单端输入使用时，不存在这个概念。只有把运放接成类似于减法器形式，使得运放电路具备两个可变的输入端时，此指标才会发挥作用。

影响因素：一是运放本身的共模抑制比，二是对称电路中各个电阻的一致性。

开环电压增益（Open-loop gain， AVO）

定义：运放本身具备的输出电压与两个输入端差压的比值，用 dB 表示。

优劣范围：一般在 60dB~160dB 之间。越大的，说明其放大能力越强。

理解：

开环电压增益是指放大器在闭环工作时，实际输出除以运放正负输入端之间的压差，

类似于运放开环工作——其实运放是不能开环工作的。AVO 随频率升高而降低

压摆率（Slew rate， SR）

定义：闭环放大器输出电压变化的最快速率。用 V/μs 表示。

优劣范围：从 2mV/μs 到 9000V/μs 不等。

理解：此值显示运放正常工作时，输出端所能提供的最大变化速率，当输出信号欲实现比这个速率还快的变化时，运放就不能提供了，导致输出波形变形——原本是正弦波就变成了三角波。

带宽指标

与带宽相关的指标主要有四项：

单位增益带宽（Unity Gain-bandwidth， UGBW）

定义：运放开环增益/频率图中，开环增益下降到 1 时的频率。

增益带宽积（Gain Bandwidth Product， GBP 或者 GBW）

定义：运放开环增益/频率图中，指定频率处，开环增益与该指定频率的乘积。

-3dB 带宽

定义：运放闭环使用时，某个指定闭环增益（一般为 1 或者 2、 10 等）下，增益变为低频增益的 0.707 倍时的频率。

满功率带宽（Full Power Bandwidth）

定义：将运放接成指定增益闭环电路（一般为 1 倍），连接指定负载，输入加载正弦波，输出为指标规定的最大输出幅度，此状态下，不断增大输入信号频率，直到输出出现因压摆率限制产生的失真（变形）为止，此频率即为满功率带宽。

满功率带宽与器件压摆率密切相关

全谐波失真（Total Harmonic Distortion-THD THD）

衡量一个时域波形与标准正弦波的差异程度的量。也被用于衡量一个放大器的保真程度。谐波是有规律的，在频域中仅出现在指定频点。放大器的失真度指标，有时也用 HD2、 HD3 表征。

放大器的失真度指标，与很多因素相关，最为显著的有五个：第一是输入信号频率，第二是输出信号幅度，第三是放大电路闭环增益，第四是输出带载大小，第五是供电电压。

建立时间（Settling Time）

定义： 运放接成指定增益（一般为 1），从输入阶跃信号开始，到输出完全进入指定误差范围所需要的时间。

优劣范围： 几个 ns 到几个 ms。

一般来说， SR 越大的，建立时间更小。

电源电压抑制比（PSRR-Power Supply Rejection Ratio）

理解：电源电压抑制比，其含义是运放对电源上纹波或者噪声的抵抗能力。首先，正负电源具有不一定相同的 PSRR（PSRR-不一定等于PSRR+），其次，随着电源电压变化频率的提升，运放对这个变化的抵抗能力会下降。 一般情况下，电源变化频率接近其带宽时，运放会失去对电源变化的抵抗——即单位增益情况下电源变化多少，输出就变化多少。因此电源旁常需要加旁路电容。

热阻（Thermal resistance， θJA）

定义：是导热体阻止热量散失程度的描述。有以下常用的两种：

θJA，是指芯片热源结（Junction）与芯片周围环境（Ambient）（一般为空气）的热阻。

θJC，是指芯片热源结（Junction）与芯片管壳（Case）的热阻。

理解：对芯片来说，导热路径的两端分别为自身发热体与环境空气。热阻 θJA 越大，说明散热越困难，其温差也就越大。

理想运算放大器的特点：

输入阻抗为∞，开环放大倍数为∞，共模抑制比为∞，带宽为∞，压摆率为∞

输出阻抗为无穷小，差模输入电压为0，输入电流为0，失调电压，失调电流均为0

两个重要特性：

虚短：正负输入端电压相等

虚短：正负输入端电流为0