运算放大器工作原理与选择

1.模拟运放的分类及特点

模拟运算放大器从诞生至今，已有4。多年的历史了。最早的工艺是采纳硅NPN工艺，后来

改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了

结型场效应管工艺。当M0S管技术成熟后，特殊是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞

跃，•方面解决了低功耗的问题，另•方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了宜流小信号直接处

理的难题。

经过多年的进展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能日臻完善，品种极多。这使得初学者选

用时不知如何是好。为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采纳工艺分类法和功能/性能

分类分类法等两种分类方法.便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同.

1.1.依据制造工艺分类

依据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅

工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。依

据工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速把握运放的特

点。

标准硅工艺的集成模拟运凫放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，

精度不太高，功耗较高。这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采纳NPN-PNP管，它

们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采纳多种技术改进，

在兼顾起啊挺能的前提下仍旧无法搓脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。为

了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，-•般在80~110dB之间。标准硅工艺可以

结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0」5Ppm。

通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。典型代表是LM324。

在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大

器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其

它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在1000M欧姆数量级。典型代表是

TLo84c

在标准硅工艺中加入了MOS场效应管工艺的运算放大器分为三类，一类是是将标准硅工艺的集成模

拟运算放大器的输入级改进为MOS场效应管，比结型场效应首大大提高运放的开环输入阻抗，顺带

提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典暨开环输入阻抗在

10（2欧姆数量级。典型代表是CA314。。

其次类是采纳全MOS场效应管工艺的模拟运算放大器，它大大降低了功耗，但是电源电压

降低，功耗大大降低，它的典型开环输入阻抗在10Al2欧姆数量级。

第三类是采纳全M0S场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器，采纳所谓斩波稳零技术，主要用于

改善直流信号的处理精度，输入失调电压可以达到0.01UV,温度漂移指标目前可以达到0.02ppm。

在处理直流信号方面接近抱倒运放特性。它的典型开环输入阻抗在10人12欧姆数量级。典型产品是

ICL765O0

1.2.依据功能/性能分类

本分类方法参考了《中国集成电路大全》集成运算放大器。

依据功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻抗运

放、高速运放、宽带运放、高乐运放，此外还有一些特殊运放，例如程控运放、电流运放、电压跟随

器等等。实际上由于为了满意应用需要，运放种类极多。本文以上述简洁分类法为准。

需要说明的是，随着技术的进步，上述分类的门槛始终在变化。例如以前的LM108最初是归入精密

运放类，现在只能归入通用运放了。此外，有些运放同时具有低功耗和高输入阻抗，或者与此类似，

这样就可能同时归入多个类中。

通用运放实际就是具有最基本功能的最廉价的运放。这类运放用途广泛，使用量最大。

低功耗运放是在通用运放的基础上大降低了功耗，可以用于对功耗有限制的场所，例如手持设

施。它具有静态功耗低、工作电压可以低到接近电池电压、在低电压下还能保持良好的电气性能。随

着MOS技术的进步，低功耗运放已经不是个别现象。低功耗运放的静态功耗一般低于imW。

精密运放是指漂移和噪声特别低、增益和共模抑制比特别高的集成运放，也称作低漂移运放或低噪声

运放。这类运放的温度漂移一般低于luV/摄氏度。由于技术进步的缘由，早期的部分运放的失调电

压比较高，可能达到imV：现在精密运放的失调电压可以达到o.imV；采纳斩波稳零技术的精密运

放的失调电压可以达到0.005mV。精密运放主要用于对放大处理精度有要求的地方，例如自控仪表

等等。

高输入阻抗运放一般是指采纳结型场效应管或是MOS管做输入级的集成运放，这包括了全MOS管

做的集成运放。高输入阻抗运放的输入阻抗一般大丁•109欧姆。作为高输入阻抗运放的一个附带特性

就是转换速度比较高。高输入阻抗运放用途特别广泛，例如采样保持电路、积分器、对数放大器、测

量放大器、带通滤波器等等,

高速运放是指转换速度较高的运放。一般转换速度在IOOV/US以上。高速运放用于高速AD/DA

转换器、高速滤波器、高速采样保持、锁相环电路、模拟乘法器、机密比较器、视频电路中。目前最

高转换速度己经可以做到6000V/USO

宽带运放是指-3dB带宽（BW）比通用运放宽得多的集成运放。许多高速运放都具有较宽的带

宽，也可以称作高速宽带运放。这个分类是相对的，同一个运放在不同使用条件下的分类可能有所不

同。宽带运放主要用于处理输入信号的带宽较宽的电路。

高压运放是为了解决高输出电压或高输出功率的要求而设计的。在设计中，主要解决电路的耐压、动

态范用和功耗的问题。高压运放的电源电乐可以高于±2OVDC,输出电压可以高于±2OVDC.当然，

高压运放可以用通用运放在输出后面外扩晶体管/MOS管来代替。

2.运放的主要参数

本节以《中国集成电路大全》集成运算放大器为主要参考资料，同时参考了其它相关资料。

集成运放的参数较多，其中书要参数分为直流指标和沟通指标。

其中主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）、输入偏置

电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）、差模开环直流电压增益、

共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰•峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电乐。

主要沟通指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率SR、全功率带宽、建立时间、等效输入喋声电

压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。

2.1宜流指标

输入失调电压VIO：输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时，两个输入端之间所加的补偿电

压。输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。输入失调

电压是运放的一个特别重要的指标，特殊是精密运放或是用丁直流放大时。输入失调电压与制造工艺

有肯定关系，其中双极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入失调电压在±i~iomV之间：采纳场效

应管做输入级的，输入失调电压会更大一些。对于精密运放，输入失调电压一般在imV以下。输入

失调电压越小，直流放大时中间零点偏移越小，越简洁处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指

标。

输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）aVIO：输入失调电压的温度漂移定义为在

给定的温度范围内，输入失调电压的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电压的补充，

便丁计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温

漂在±1。~2。卜”/℃之间，精密运放的输入失调电压温漂小于土ipiV/C。

输入偏置电流HB：输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏置电流

平均值。输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输

入偏置电流与制造工艺有肯定关系，其中双极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入偏置电流在

±ionA~ipA之间：采纳场效应管做输入级的，输入偏置电流一般低于inA。

或更大时），输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失请电流

越小，直流放大时中间零点偏移越小，越简洁处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。Q输

入失调电流H0：输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端偏置电流的差值。

输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电流越小。输入失调电流是

运放的一个特别重要的指标，特殊是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏置电

流的百分之一到特别之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响，特殊是运放

外部采纳较大的电阻（例如iok

输入失调电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）：输入偏置电流的温度漂移定义为在给定

的温度范围内，输入失调电流的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电流的补充，便于

计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小。输入失调电流温漂一般只是在精

密运放参数中给出，而且是在用以直流信号处理或是小信号处理时才需要关注。

差模开环直流电压增益：差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时，运放输出电压

与差模电压输入电压的比值,由于差模开环直流电压增益很大，大多数运放的差模开环直流电压增益

•般在数万倍或更多，用数值直接表示不便利比较，所以•般采纳分贝方式纪录和比较。•般运放的

差模开环直流电压增益在80~120dB之间。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数，为了便于

比较，一般采纳差模升环直流电压增益。

共模抑制比：共模抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放差模增益与共模增益的比值。共模抑制

比是一个极为重要的指标，它能够抑制差模输入==模干扰信号。由于共模抑制比很大，大多数运放

的共模抑制比一般在数万倍或更多，用数值直接表示不便利比较，所以一般采纳分贝方式纪录和二匕较。

一般运放的共模抑制比在8。~120dB之间。

电源电压抑制比：电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放输入失调电压随电源电

压的变化比值。电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。目前电源电压抑制比只能做到

8odB左右。所以用作直流信号处理或是小信号处理模拟放大时，运放的电源需要作仔细细致的处理。

当然，共模抑制比高的运放，能够补偿一部分电源电压抑制比，此外在使用双电源供电时，正负电源

的电源电压抑制比可能不相同。

负载时，输出峰-峰值电压接近到电源电压的50mV以内，所以称为满幅输出运放，又称为轨到

轨（raid-to-raid）运放。需要留意的是，运放的输出峰-峰值电压与负载有关，负载不同，输出峰-

峰值电压也不同；运放的正负输出电压摆幅不肯定相同。对于实际应用，输出峰-C输出峰-峰值电压：

输出峰-峰值电压定义为，当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前大电源电压供电时，

运放能够输出的最大电压幅度。除低压运放外，-一般运放的输出输出峰-峰值电压大于±ioV。一般运

放的输出峰-峰值电压不能达到电源电压，这是由于输出级设计造成的，现代部分低压运放的输出级

做了特殊处理，使得在iok峰值电压越接近电源电压越好，这样可以简化电源设计。但是现在的满

幅输出运放只能工作在低压，而且成本较高。

最大共模输入电压：最大共模输入电压定义为，当运放工作于线性区时，在运放的共模抵制比

特性显著变坏时的共模输入电压。一般定义为当共模抑制比下降6dB是所对应的共模输入电压作为

最大共模输入电压。最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围，在有干扰的状况

下，需要在电路设计中留意这个问题。

最大差模输入电压：最大差模输入电压定义为，运放两输入端允许加的最大输入电压差。当运

放两输入端允许加的输入电压差超过最大差模输入电压时，可能造成运放输入级损坏。

2.2主要沟通指标

开环带宽：开环带宽定义为，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得开环

电压增益从运放的直流增益下降3db（或是相当于运放的直流增益的0.707）所对应的信号频率。这

用于很小信号处理。

单位增益带宽GB：单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信

号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的

0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益

带宽等于输入信号频率与该频率卜.的最大增益的乘枳，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信

号需要的增以后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。

转换速率（也称为压摆率）SR：运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含

阶跃信号）输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出提升速率.由于在转换期间，运放

的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率

对于大信号处理是一个很重要的指标，对于一般运放转换速率SR<=IOV/RS,高速运放的转换速率

SR>1OV/Mso目前的高速运放最高转换速率SR达到6oooV/pso这用于大信号处理中运放选型。

全功率带宽BW：全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一

个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端，使运放输出幅度达到最大（允许肯定失真）的信号频率。这

个频率受到运放转换速率的限制。近似地，全功率带宽=转换速率/2?iVop（Vop是运放的峰值输出幅

度）。全功率带宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。

建立时间：建立时间定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大

信号输入到运放的输入端，使运放输出由。增加到某一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输

入，输出信号达到给定值后会消失肯定抖动，这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+提升时间=建

立时间。对于不同的输出精度，稳定时间有较大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很

重要的指标，用于大信号处理中运放选型。

等效输入噪声电压：等效输入噪声电压定义为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出端

产生的任何沟通无规章的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放输入噪声电压（有

时也用噪声电流表示）。对于宽带噪声，一般运放的输入噪声电压有效值约iO~2O|dV。

差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：差模输入阻抗定义为，运放工作在线性区时，两输入端的

电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容，在低频时仅

指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采纳双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于io

兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大丁•109欧。

共模输入阻抗：共模输入阻抗定义为，运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信

号），共模输入电压的变化后与对应的输入电流变化量之比。在低频状况下，它表现为共模电阻。通

常，运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高许多，典型值在1D8欧以上。

输出阻抗：输出阻抗定义为，运放工作在线性区时，在运放的输出端加信号电压，这个电压变

化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。

3.运算放大器的对信号放大的影响和运放的选型

由于运算放大器芯片型号众多，即使依据上述方法分类，种类也不少，细分就更多了，这对于初

学者就难免犯晕。本节力求通过几个实际电路的分析，明确运克放大器的对信号放大的影响，最终总

结如何选择运放。

CA3140的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压pV5000

输入失调电压温度漂移47.c8

输入失调电流pA0.5

输入失调电流温度漂移pA/C0.005

这样可以计算出，在25c的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差PV5000

输入失调电流造成的误差J1V().0045

合计本项误差为pV5000

输入信号200mV时的相对误差％2.5

输入信号lOOmV时的相对误差%5

输入信号25mV时的相对误差％20

输入信号iomV时的相对误差％50

输入信号imV时的相对误差％500

初步结论是：高阻运放的输入失调电流很小，它造成的误差远远不及输入失调电压造成的误

差，可以忽视：而输入失调电压造成的误差仍旧不小，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消

退。

这样可以计算出，O~25°C的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV200

输入失调电流温漂造成的误差pV0.001

合计本项误差为F1V200

输入信号200mV时的相对误差%0.1

输入信号ioomV时的相对误差%0.2

输入信号25mV时的相对误差％0.8

输入信号iomV时的相对误差％2

输入信号imV时的相对误差%20

初步结论是：高阻运放的输入失调电流温漂很小，它造成的误差远远不及输入失调电压温漂

造成的误差，可以忽视：在使用高阻运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它

不适合放大ioomV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。

由于高阻运放的输入失调电流只有通用运放的千分之一，因此若其它条件不变，仅仅运放的外围

电阻等比例增加一倍，几乎不会造成可明显察觉的误差。

HA5159的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压pV10000

输入失调电压温度漂移pV/r20

输入失调电流nA6

输入失调电流温度漂移pA/r60

这样可以计算.出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差pV10000

输入失调电流造成的误差RV54.5

合计本项误差为nV10054

输入信号200mV时的相对误差％5-0

输入信号ioomV时的相对误差％10.1

输入信号25mV时的相对误差％40.2

输入信号iomV时的相对误差％100.5

输入信号imV时的相对误差%1005

初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温

度处通过调零消退。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。

这样可以计算出，O~25c的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV500

输入失调电流温漂造成的误差pV13.6

合计本项误差为PV513

输入信号200mV时的相对误差％0.3

输入信号ioomV时的相对误差%0.51

输入信号25mV时的相对误差%2.05

输入信号iomV时的相对误差％5.14

输入信号imV时的相对误差%51.4

初步结论是：在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合

放大ioomV以下宜流信号。若以上两项误差合计将更大。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差|1V10000

输入失调电流造成的误差nV109

合计本项误差为pV10109

这样可以计算出，0~25c的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV500

输入失调电流温漂造成的误差pV27.3

合计本项误差为nV527

初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成

误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源

或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能

超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采纳高阻运放或是低失调运放。

低功耗运放LF441的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压pV7500

输入失调电压温度漂移|lV/℃10

输入失调电流nA1.5

输入失调电流温度漂移pA/℃15

这样可以计算出，在25C的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差pV7500

输入失调电流造成的误差pV13.6

合计本项误差为7513

输入信号200mV时的相对误差％3-8

输入信号ioomV时的相对误差%7.5

输入信号25mV时的相对误差%3。」

输入信号10mV时的相对误差%75.1

输入信号imV时的相对误差%751

初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处

通过调零消退。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。

这样可以计算出，O~25°C的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV250

输入失调电流温漂造成的误差pV3.4

合计本项误差为riv253

输入信号200mV时的相对误差%0.1

输入信号ioomV时的相对误差%0.25

输入信号25mV时的相对误差%1.01

输入信号iomV时的相对误差%2.53

输入信号imV时的相对误差%253

初步结论是：在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合

放大ioomV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，迨成误差如下：

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差pV7500

输入失调电流造成的误差RV27.3

合计本项误差为pV7527

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV250

输入失调电流温漂造成的误差pV6.8

合计本项误差为pV257

初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成

误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源

或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能

超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采纳高阻运放或是低失调运放。

精密运放OPO7D的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压MV85

输入失调电压温度漂移pV/eC0.7

输入失调电流nA1.6

输入失调电流温度漂移pA/℃12

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差RV85

输入失调电流造成的误差nV14.5

合计本项误差为pV99.5

输入信号200mV时的相对误差%0.05

输入信号ioomV时的相对误差%o.i

输入信号25mV时的相对误差％0.4

输入信号iomV时的相对误差％1.0

输入信号imV时的相对误差％10

初步结论是：精密运放输入失调电压和输入失调电流造成的误差不太大，而且可以在工作范目的

中心温度处通过调零消退.其中输入失调电压造成的误差大于输入失调电流造成的误差.

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV17.5

输入失调电流温漂造成的误差pV2.7

合计本项误差为pv20.2

输入信号200mV时的相对误差%0.01

输入信号ioomV时的相对误差%0.02

输入信号25mV时的相对误差%0.08

输入信号iomV时的相对误差%0.2

输入信号imV时的相对误差%2.0

初步结论是：在使用精密运放时，由于失调电压温度系数不大，造成的影响不大，使得它能够放

大iomV以上的直流信号。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加•倍，造成误差如下：

这样可以计克出，在25c的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差nV85

输入失调电流造成的误差RV29.1

合计本项误差为nV114.1

这样可以计算出，0~25。的温度漂移造成的影响如卜.：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差nV17.5

输入失调电流温漂造成的误差pV5.5

合计本项误差为nV23

初步结论：仅仅运放的外困电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成

误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了•倍。所以，对于高阻信号源

或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能

超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采纳增加运放输入电阻或是降低

运放输入失调电流。

高精度运放ICL7650的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压pV0.7

输入失调电压温度漂移pV/eC0.02

输入失调电流nA0.02

输入失调电流温度漂移pA/r0.2

这样可以计算出，在25c的温度下的失调误差造成的影响如下:

项目单位参数

输入失调电压造成的误差PV0.7

输入失调电流造成的误差pv0.2

合计本项误差为nV0.9

输入信号200mV时的相对误差％0.0004

输入信号ioomV时的相对误差％0.0009

输入信号25mV时的相对误差％0.0035

输入信号lOmV时的相对误差％0.0088

输入信号imV时的相对误差%o.o88

初步结论是：高精密运放输入失调电压和输入失调电流造成的误差很小可以不调零。其中输入失

调电压造成的误差大于输入失调电流造成的误差。

这样可以计算出，O~25°C的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV0.5

输入失调电流温漂造成的误差HV0.05

合计本项误差为RV0.55

输入信号200mV时的相对误差%0.0003

输入信号ioomV时的相对误差%0.0005

输入信号25mV时的相对误差％0.0022

输入信号iomV时的相对误差%0.0055

输入信号imV时的相对误差％0.055

初步结论是：在使用高精密运放时.，由于失调电压温度系数很小，几乎没有造成影响，使得它能

够放大imV以以下的直流信号。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，迨成误差如下:

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差pV0.7

输入失调电流造成的误差pV0.4

合计本项误差为pV1.1

这样可以计克出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV0.5

输入失调电流温漂造成的误差pv0.09

合计本项误差为pV0.59

初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成

误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍，对于高阻信号源或是运

放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输

入失调电压和输入失调电压温漂造成误差。由于这些误差太小，不调零时的总误差不过2P1V,所以忽

视。

3.1例一，运穿放大器的对直流小信号放大的影响

这里的直流小信号指的是信号幅度低于2OomV的直流信号。

为了便于介绍，这里采纳标准差分电路。这里假定同相输入端的输入电阻为Ri，同相输入端的接地

电阻为R3,反相输入端的输入电阻为R2,反相输入端的反饿电阻为运放采纳双电源供电。假

定Rl=R2=10k欧姆，Ri=R2=iook欧姆，这样放大电路的输入电阻=iok欧姆，运放的同相端和反

相端的等效输入电阻=iok欧姆并联look欧姆。9。9k欧姆，输入增益Av=io.

这里假定工作温度范围是0~50℃,所以假定调零温度为25℃,这样实际有效变化范围只有25℃,

可以减小一半的变化范围。

还假定输入信号来自于一个无内阻的信号源，为了突出运放的影响，这里临时不考虑线路噪声、电阻

噪声和电源变动等的影响。

这里选用通用运放LM324、高阻运放CA314。、高速运放HA5159、低功耗运放LF441、精密运放

0P07D,高精度运放ICL7650等6种运放来比较运和放大器的对直流小信号放大的影响。由丁•不同

厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于中南工业高校出版社出版的《世界最新集成

运算放大器互换手册》，所选的集成运算放大器指标如下：

LM324的主要指标为：

项目单位参数

输入失调电压gV9000

输入失调电压温度漂移pV/eC7

输入失调电流nA7

输入失调电流温度漂移pA/Q10

这样可以计算出，在25c的温度下的失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差pV9000

输入失调电流造成的误差pV63.6

合计本项误差为（1V9063

输入信号2（）omV时的相对误差%4-5

输入信号lOOmV时的相对误差％9.1

愉入信号25mV时的相对误差%36.3

输入信号lOmV时的相对误差％90.6

输入信号imV时的相对误差％906

初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处

通过调零消退。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。

这样可以计算出，。~25c的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV175

输入失调电流温漂造成的误差nV2.3

合计本项误差为177-3

输入信号2OomV时的相对误差%0.09

输入信号ioomV时的相对误差％0.18

输入信号25mV时的相对误差%0.71

输入信号iomV时的相对误差%1.77

输入信号imV时的相对误差％17.7

初步结论是：在使用LM324时，由于输入失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不

适合放大ioomV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大，

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：

这样可以计算出，在25c的温度下的输入失调误差造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压造成的误差RV9。。。

输入失调电流造成的误差MV127.3

合计本项误差为FIV9127

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：

项目单位参数

输入失调电压温漂造成的误差pV175

输入失调电流温漂造成的误差pV4.5

合计本项误差为nV1795

初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成

误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源

或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能

超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采纳高阻运放或是低失调运放。

3.1例二，运算放大器的外部电路对直流小信号放大的影响

这里的电路条件与例一相同,

本例主要争论共模抑制比、电源变动抑制、外部电阻不对称箸的影响。

这里仍旧选用精密运放0P07D。由于不同厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于

中南工业高校出版社出版的《世界最新集成运算放大器互换手册》，所选的集成运算放大器指标如下：

0P07D的主要指标为：

项目单位参数

电源变动抑制pV/V10

输入偏置电流nA3

共模抑制比db106

由电源变动抑制=iopV/V可以得知，在其它条件不变的状况下，电源电压变化幅度达到1V时

造成输入失调电压增加1（甲¥。可见，在低于iomV的微信号E勺放大中，对精度至少会造成0.1%的影

响。

共模抑制比由106db换算为2X105。在其它条件不变的状况卜.，输入信号==模电压幅度达到1V

时造成输入电压增加5W。可见，在低于iomV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.05%的影响。

这里假定同相输入端的输入电阻为Ri，同相输入端的接地电阻为R3.反相输入端的输入电阻为R2,

反相输入端的反馈电阻为R4。运放采纳双电源供电。假定Ri=iok欧姆，R2=30k欧姆，R3=iook

欧姆,R4=3OOk欧姆，这样放大电路的增益Av=io,运放的同相端的等效输入电阻=iok欧姆并联

look欧姆之9＜）9k欧姆，反相端的等效输入电阻=3（）k欧姆并联3。（正欧姆=27.27k欧姆。这样，由

于运放输入偏置电流造成的影响为：

运放的同相端由于输入偏置电流产生的电压=3nAx9.O9k欧姆=27.27|iV

运放的反相端由于输入偏置电流产生的电压=3nAx27.27k欧姆=81.81W

这样，对于输入端造成的误差等于输入偏置电流分别在运放的同相端与反相端等效电阻上的电压的差

值＜54.54pV）0可见，当运放的同相端与反相端等效电阻不同时，输入偏置电流将产生肯定的影响，

其中对丁•高阻运放的影响较小（它的输入偏置电流比一般运放小3个数量级），而对非高阻运放影响

较大，特殊是在低于iomV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.2%的影响。

本例总结：

。对于同一个直流小信号放大时，通用运放、高阻运放、高速运放、低功耗运的性能接近，可以互

换，但是从成本和选购角度来说，建议选用通用运放：但是若信号源内阻较大（例如大于ioK欧姆）

时，采纳高阻运放能够减小运放输入失调造成的误差。

。若不做精度要求时，选用通用运放或是高阻运放。

0通用运放或是高阻运放只能精密放大loomv以上直流信号。

。若要求精密放大loomV以下信号时，需要选用精密运放甚至高精度运放：

本例中没有考虑的影响精度的因素太多，实际条件下，精度会更低。

常用集成运放类型

器件名称制造商简介UA741TI单路通用运放UA747TI双路通用运放

AD515AADI低功耗FET输入运放

AD605ADI低噪声，单电源，可变增益双运放AD644ADI高速，注入BiFET双运放

AD648ADI精密的，低功耗BiFET双运放AD704ADI输入微微安培电流双极性四运

放AD705ADI输入微微安培电流双极性运放AD706ADI输入微微安培电流双极性

双运放AD7O7ADI超低漂移运放AD708ADI超低偏移电压双运放AD711ADI

精密，低成木，高速BiFET运放AD712ADI精密，低成本，高速BiFET双运放

AD713ADI精密，低成本，高速BiFET四运放AD741ADI低成本,高精度IC运放

AD743ADI超低噪音BiFET运放AD744ADI高精度，高速BiFET运放

AD745ADI超低噪音•，高速BiFET运放AD746ADI超低噪音，高速BiFET双运放

AD795ADI低功耗，低噪音,精密的FET运放AD797ADI超低失真,超低噪音运放

AD8022ADI高速低噪，电压反馈双运放

AD8047ADI通用电压反馈运放

AD8048ADI通用电压反馈运放

AD810ADI带禁用的低功耗视频运放AD811ADI高性能视频运放AD812ADI

低功耗电流反馈双运放AD813ADI单电源，低功耗视频三运放AD818ADI低成本，

低功耗视频运放AD820ADI单电源,FET输入，满幅度低功耗运放AD822ADI单电

源,FET输入,满幅度低功耗运放AD823ADI16MHz,满幅度,FET输入双运放

AD824ADI单电源，满幅度低功耗,FET输入运放AD826ADI高速,低功耗双运放

AD827ADI高速,低功耗双运放AD828ADI低功耗，视频双运放AD829ACI高

速，低噪声视频运放AD830ADI高速,视频差分运放AD840ADI宽带快速运放

AD841ADI宽带，固定单位增益，快速运放AD842ADI宽带，高输出电流，快速运放

AD843ADI34\IHz,CBFET快速运放AD844ADI60Wlz,2000V/us单片运放

AD845ADI精密的ICMHzCBFET运放AD846ADI精密的450V/us电流反馈运放

AD847ADI高速，低功耗单片运放AD848ADI高速，低功耗单片运放

AD849ADI高速，低功耗单片运放AD8519AD1满幅度运放

AD8529ADI满幅度运放

AD8551AD1低漂移，单电源,满幅度输入输出运放

AD8532AD1低漂移，单电源，满幅度输入输出双运放

AD8554ADI低漂移，单电源，满幅度输入输出四运放

AD8571ADI零漂移，单电源，满幅度输入/输出单运放

AD8572ADI零漂移，单电源，满幅度输入/输出双运放

AD8574AD1零漂移，单电源,满幅度输入/输出四运放

AD8591ADI带关断的单电源满幅度输入输出运放

AD8592Al)1带关断的单电源满幅度输入输出运放

AD8594ADI带关断的单电源满幅度输入输出运放

AD8601ADI低偏移，单电源，满幅度输入/输出单运放

AD8602ADI低偏移，单电源，满幅度输入/输出双运放

AD8604ADI低偏移，单电源，满幅度输入/输出四运放

AD9610ADI宽带运放

AD9617ADI低失真，精密宽带运放

AD9618ADI低失真，精密宽带运放

AD9631AD1超低失真，宽带电压反馈运放

AD9632ADI超低失真，宽带电压反馈运放

C54DSKplusTI低噪高速去补偿双路运放

L165ST3A功率运放L272ST双通道功率运放L2720ST低压差双通道

功率运放L2722ST低压差双通道功率运放L2724ST低压差双通道功率运放

L2726ST低压差双通道功率运放L2750ST低压差双通道功率运放LF147ST

宽带四J-FET运放LF151ST宽带单J-FET运放LF153ST宽带双J-FET运放

LF155ST宽带J-FET单运放LF156ST宽带J-FET单运放LF157ST宽带

J-FET单运放LF247ST宽带四J-FET运放LF251ST宽带单J-FET运放

LF253ST宽带双J-FET运放LF255ST宽带J-FET单运放LF256ST宽带

J-FET单运放LF257ST宽带J-FET单运放LF355ST宽带J-FET单运放

LF356ST宽带J-FET单运放LF357ST宽带J-FET单运放LM101ATI高性能运

放

LM124A(ST)ST低功耗四运放

LM146ST可编程四双极型运放LM158/AST低功耗双运放

LM224A(st)ST低功耗四运放

LM246ST可编程四双极型运放LM258/AST低功耗双运放

LM324AST低功耗四运放LM346ST可编程四双极型运放LM358/AST低功耗

双运放

LMV321TI低电压单运放LMV324TI低电压四运放LMV358TI低电压双运放

LS204ST高性能双运放LS404ST高性能四运放LT1013TI双通道精密

型运放LT1014TI四通道精密型运放MC1558TI双路通用运放MC330015T通

用单JFET运放

MC33002ST通用双JFET运放

MC33004ST通用四JFET运放

MC3303TI四路低功率运放MC33078ST低噪双运放

MC33079ST低噪声四运放

MC33171ST低功耗双极型单运放

MC33172ST低功耗双极型双运放

MC33174ST低功耗双极型四运放

MC34001ST通用单JFET运放

MC34002ST通用双JFET运放

MC34004ST通用四JFET运放

MC3403TI四路低功率通用运放MC35001ST通用单JFET运放

MC35002ST通用双JFET运放

MC35004ST通用四JFET运放

MC3503ST低功耗双极型四运放MC35171ST低功耗双极型单运放

MC35172ST低功耗双极型双运放

MC35174ST低功耗双极型四运放

MC4558ST宽带双极型双运放MCP601Microchip2.7V'5.5V单电源单运放

MCP602Microchip2.7V~5.5V单电源双运放MCP603Microchip2.7V~5.5V单电源

单运放MCP604Microchip2.7V~5.5V单电源四运放NE5532TI双路低噪高速音频

运放NE5534TI低噪高速音频运放OP-04ADI高性能双运放OP-08ADI

低输入电流运放OP-09ADI741型运放0PT1ADI741型运放

OP-12ADI精密的低输入电流运放OP-14ADI高性能双运放

OP-15ADI精密的JFET运放0PT6ADI精密的JFET运放0PT7ADI

精密的JFET运放OP-207ADI超低Vos双运放OP-215ADI高精度双运放

OP-22ADI可编程低功耗运放OP-220ADI低功耗双运放0P-221ADI低功

耗双运放OP-227ADI低噪低偏移双测量运放OP-260ADI高速，电流反馈双运放

OP-27ADI低噪声精密运放0P-270ADI低噪音精密双运放0P-271AC1高

速双运放。P-32ADI高速可编程微功耗运放。p-37ADI低噪声，精密高速运

放op-400ADI低偏置，低功耗四运放op-42ADI高速，精密运放

op-420ADI微功耗四运放op-421ADI低功耗四运放op-471ADI低噪声，高

速四运放0P07ADI超低偏移电压运放0P07cTI高精度，低失调，电压型运

放0P07DTI高精度，低失调，电压型运放0P07YTI高精度，低失调，电压型运

放0P113ADI低噪声，低漂移，单电源运放0P162ADI15MHz满幅度运放

OP176ADI音频运放0P177ADI超高精度运放0P181ADI超低功耗，

满幅度输出运放0P183ADI5MHz单电源运放0P184ADI精密满幅度输入输出

运放0P186ADI满幅度运放opl91ADI微功耗单电源满幅度运放

0P193ADI精密的微功率运放0P196ADI微功耗，满幅度输入输出运放

0P200ADI超低偏移，低功耗运放0P213ADI低噪声，低漂移，单电源运放

0P249ADI高速双运放0P250ADI单电源满幅度输入输出双运放

0P262ADI15MHz满幅度运放0P27TI低噪声精密高速运放

op275ADI音频双运放0P279ADI满幅度高输出电流运放0P281ADI

超低功耗,满幅度输出运放op282ADI低功耗,高速双运放0P283ADI5MHz单

电源运放0P284AD1精密满幅度输入输出运放op285ADI9UHz精密双运放

op290ADI精密的微功耗双运放op291ADI微功耗单电源满幅度运放

op292ADI双运放0P293ADI精密的微功率双运放op295ADI满幅度

双运放0P296ADI微功耗，满幅度输入输出双运放op297ADI低偏置电流精

密双运放0P37TI低噪声精密高速运放0P413ADI低噪声，低漂移,单电源

运放0P450ADI单电源满幅度输入输出四运放0P462ADI15MHz满幅度运放

op467ADI高速四运放op470ADI低噪声四运放0P481