1、運放芯片的用途

運放芯片可以做信號放大、數學運算(加法運算、減法運算、微分、積分等)、比較器、波形發生器等電路應用。其產品用途包括：LED照明、便攜式數碼產品、掃地機器人、儲能設備充電器、醫療設備、工業儀器、航天通訊設備等。

2、運放的參數介紹

運放的主要參數包括：直流參數和交流參數

直流參數：輸入失調電壓、輸入失調電壓的溫度漂移(簡稱輸入失調電壓溫漂)、輸入偏置電流、輸入失調電流、輸入偏置電流的溫度漂移(簡稱輸入失調電流溫漂)、差模開環直流電壓增益、共模抑制比、電源電壓抑制比、輸出峰-峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓

交流參數：開環帶寬、單位增益帶寬、轉換速率SR、全功率帶寬、建立時間、等效輸入噪聲電壓、差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗

由于運放的參數比較多，這里我們主要介紹一些比較重要的參數(這里說的重要并不是其他沒有介紹的參數就不重要，主要還的看實際應用場景)

(1)輸入失調電壓

輸入失調電壓定義為集成運放輸出端電壓為零時，兩個輸入端之間所加的補償電壓。輸入失調電壓實際上反映了運放內部的電路對稱性，對稱性越好，輸入失調電壓越小。輸入失調電壓是運放的一個十分重要的指標，特別是精密運放或是用于直流放大時。輸入失調電壓與制造工藝有一定關系，其中雙極型工藝（即上述的標準硅工藝）的輸入失調電壓在±1~10mV之間；采用場效應管做輸入級的，輸入失調電壓會更大一些。對于精密運放，輸入失調電壓一般低于1mV。輸入失調電壓越小，直流放大時中間零點偏移越小，越容易處理。所以對于精密運放是一個極為重要的指標

(2)輸入失調電壓的溫度漂移（簡稱輸入失調電壓溫漂）ΔVos/ΔT：

輸入失調電壓的溫度漂移定義為在給定的溫度范圍內，輸入失調電壓的變化與溫度變化的比值。這個參數實際是輸入失調電壓的補充，便于計算在給定的工作范圍內，放大電路由于溫度變化造成的漂移大小。一般運放的輸入失調電壓溫漂在±10~20μV/℃之間，精密運放的輸入失調電壓溫漂小于±1μV/℃

(3)輸入偏置電流iOS：

輸入偏置電流定義為當運放的輸出直流電壓為零時，其兩輸入端的偏置電流平均值。輸入偏置電流對進行高阻信號放大、積分電路等對輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與制造工藝有一定關系，其中雙極型工藝（即上述的標準硅工藝）的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間；采用場效應管做輸入級的，輸入偏置電流一般低于1nA。

(4)輸入失調電流的溫度漂移（簡稱輸入失調電流溫漂）Δios/ΔT：

在規定工作溫度范圍內，輸入失調電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。 它是指II0在規定工作范圍內的溫度系數，也是衡量運放受溫度影響的重要指標，通常約為（1～50）nA/C，高質量的約為幾個pA/C。

(5)最大共模輸入電壓Vcm：

最大共模輸入電壓定義為，當運放工作于線性區時，在運放的共模抑制比特性顯著變壞時的共模輸入電壓。一般定義為當共模抑制比下降6dB 是所對應的共模輸入電壓作為最大共模輸入電壓。最大共模輸入電壓限制了輸入信號中的最大共模輸入電壓范圍，在有干擾的情況下，需要在電路設計中注意這個問題。

(6)共模抑制比CMRR：

共模抑制比定義為當運放工作于線性區時，運放差模增益與共模增益的比值。共模抑制比是一個極為重要的指標，它能夠抑制差模輸入中的共模干擾信號。由于共模抑制比很大，大多數運放的共模抑制比一般在數萬倍或更多，用數值直接表示不方便比較，所以一般采用分貝方式記錄和比較。一般運放的共模抑制比在80~120dB之間

(7)電源電壓抑制比PSRR：

電源電壓抑制比定義為當運放工作于線性區時，運放輸入失調電壓隨電源電壓的變化比值。電源電壓抑制比反映了電源變化對運放輸出的影響。對于電源電壓抑制比低的運放，運放的電源需要作認真細致的處理, 否則電源的紋波會引入到輸出端。當然，共模抑制比高的運放，能夠補償一部分電源電壓抑制比，另外在使用雙電源供電時，正負電源的電源電壓抑制比可能不相同。

(8)輸出峰-峰值電壓Vout：

輸出峰-峰值電壓定義為，當運放工作于線性區時，在指定的負載下，運放在當前大電源電壓供電時，運放能夠輸出的最大電壓幅度。除低壓運放外，一般運放的輸出輸出峰-峰值電壓大于±10V。一般運放的輸出峰-峰值電壓不能達到電源電壓，這是由于輸出級設計造成的，現代部分低壓運放的輸出級做了特殊處理，使得在10千歐姆負載時，輸出峰-峰值電壓接近到電源電壓的50mV以內，所以稱為滿幅輸出運放，又稱為軌到軌（raid-to-raid）運放。需要注意的是，運放的輸出峰-峰值電壓與負載有關，負載不同，輸出峰-峰值電壓也不同；運放的正負輸出電壓擺幅不一定相同。對于實際應用，輸出峰- 峰值電壓越接近電源電壓越好，這樣可以簡化電源設計。但是現在的滿幅輸出運放只能工作在低壓，而且成本較高。

(9)輸入阻抗Rin:

輸入阻抗反映輸入對運放性能的影響，一般選擇運放時輸入阻抗越大越好。

(10)輸出阻抗Rout:

輸入阻抗反映運放輸出端帶負載能力，越小越好。

(11)開環增益Av：

開環條件下運放能達到的最大增益

(12)開環帶寬:

開環帶寬定義為，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得開環電壓增益從運放的直流增益下降3db（或是相當于運放的直流增益的0.707）所對應的信號頻率。這用于很小信號處理。

(13)單位增益帶寬GBW:

單位增益帶寬定義為，運放的閉環增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得閉環電壓增益下降 3db（或是相當于運放輸入信號的0.707）所對應的信號頻率。注意:單位增益帶寬是一個很重要的指標，對于正弦小信號放大時，單位增益帶寬等于輸入信號頻率與該頻率下的最大增益的乘積，換句話說，就是當知道要處理的信號頻率和信號需要的增益后，可以計算出單位增益帶寬，用以選擇合適的運放。這項參數用于小信號處理中運放選型。

(14)壓擺率（轉換速率）SR：

運放接成閉環條件下，將一個大信號（含階躍信號）輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得運放的輸出上升速率。由于在轉換期間，運放的輸入級處于開關狀態，所以運放的反饋回路不起作用，也就是轉換速率與閉環增益無關。注意:轉換速率對于大信號處理是一個很重要的指標，對于一般運放轉換速率SR<=10V/μs，高速運放的轉換速率SR>10V/μs。目前的高速運放最高轉換速率SR達到 6000V/μs。這用于大信號處理中運放選型。

(15)全功率帶寬：

在額定的負載時，運放的閉環增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦大信號輸入到運放的輸入端，使運放輸出幅度達到最大（允許一定失真）的信號頻率。這個頻率受到運放轉換速率的限制。近似地，全功率帶寬=轉換速率/2πVop（Vop是運放的峰值輸出幅度）。全功率帶寬是一個很重要的指標，用于大信號處理中運放選型。

3、根據自己的設計需求確定運放的關鍵參數

前面我們介紹了運放的一些參數，接下來我們用一個實際的應用電路設計來分析確定運放的關鍵參數。

(1)、下圖是一個充電器充電電流檢測和充電狀態指示電路

英銳芯LM358做比較器檢測充電電流大小，并控制相關LED燈指示充電狀態

在設計這個電路之前我們要考慮那些參數呢？

1、要確定該充電器的輸出電壓大小以及波動幅度

參數1決定我們選擇運放的耐壓以及運放的電源電壓抑制比

2、要確定充電器的最大充電電流和電池充滿狀態時的最小充電電流

參數2是該電路考慮的重點，我們要根據最大充電電流和最小充電電流參數選擇合適的電流采樣電阻(電阻的阻值、功率、誤差等)。另外根據最小充電電流，我們要確定比較器應用中的參考電壓。如果我們要求電池充滿狀態的電流比較小，那么在充滿狀態時采樣電阻上面產生的壓降就會很小，這就要求比較器的參考電壓也要必須小，這樣我們就必須考慮運放的輸入失調電壓大小，如果運放的輸入失調電壓高于我們設定的比較器參考電壓，那么就會出現在充電狀態誤指示的情況。

通過上面的分析我們可以知道：我們要選擇合適的芯片，首先要弄清楚自己功能電路有那些要求以及該電路的工作條件，然后再根據要求和條件確定我們所要選擇的運放的參數，根據運放腳位設計原理圖，通過計算確定運放外圍電路的具體參數。最后再進行審核優化。我們上面的原理圖其實存在一些缺陷，比如比較的參考電壓是VCC通過電阻分壓得到的，如果說VCC有波動，那么參考電壓也會波動，這樣就會導致還沒有到電池充滿狀態，指示燈也轉燈或者燈會閃爍的情況。

審核編輯黃宇