如何正确的选择运算放大器
运算放大器选型指南
快速选型指南——精密放大器(插页)................................ 7 轨到轨输入/输出............................................. . . . . . . . 34
按性能规格分类的放大器选型指南
FastFET (FET输入)............................................... . . . . . . 35
共模抑制比(CMRR) 共模电压范围(CMVR)与此范围内的输入失调电压(ΔVoOS)变化的比 值，结果用dB表示。CMRR (dB) = 20log (CMVR/ΔVOS)
全功率带宽 指在单位增益下测得的最大频率，在该频率下，额定负载上可 以获得一个正弦信号的额定输出电压，并且压摆率限制不会导 致失真。
选择运算放大器并非易事，可供选择的放大器类型、类别、架 构和参数如此之多，因此选择过程可能相当困难。每位客户和 每种应用所要求的性能可能都略有不同。无论您是设计咖啡机
(不错，咖啡机中也会使用运算放大器)，还是新一代医疗成像系 统，ADI公司都能提供合适的放大器来满足您的需求。
本手册将能够帮助您轻松快捷地找到满足您应用需求的运算放大 器。手册包括如下内容：运算放大器术语和用于制造IC的工艺说 明、各种选型表、应用指南、设计工具，以及一份方便易用的运 算放大器参考挂图插页。希望您经常查阅这份选型指南，它将帮 助您更好地了解和鉴识运算放大器及其诸多应用。
轨到轨输出. . . . . . . . . . . . . . . ...................................... ..... 24 通信.................................................................. 46
选择精密运算放大器时的注意事项
为传感器输入处理设计选择精密运算放大器时的注意事项作为消费、工业、科学和其他应用的基本组成部分，运算放大器是最广泛应用的电子元器件。
对大多数低端应用来说，设计要求明确，因而元件的选择也相对容易。
但在用于实现许多高端传感器的输入处理设计时，如何选择最佳的精密运算放大器却存在一些挑战。
在传感器类型和（或）其使用环境带来许多特别要求时，例如超低功耗、低噪声、零漂移、轨到轨输入及输出、可靠的热稳定性和对数以千计读数和（或）在恶劣工作条件下提供一致性能的可再现性，运算放大器的选择就会变得特别困难。
在基于传感器的复杂应用中，设计者需要进行多方面考虑，以便获得规格与性能最佳组合的精密运算放大器，同时还需要考虑成本。
具体而言，斩波稳定型运算放大器（零漂移放大器）非常适用于要求超低失调电压以及零漂移的应用。
斩波运算放大器通过持续运行在芯片上实现的校准机制来达到高DC精度。
虽然没有普遍公式可供遵循，但下面的如何选择运算放大器的例子可帮助实现重要的应用目标。
衡器和压力传感器衡器和压力检测应用通常使用非常灵敏的模拟前端传感器，如应变计，这些传感器可提供非常精确的测量结果，但输出信号非常微弱。
对于高精度衡器应用，设计人员可能使用桥式传感器网络，其中运算器与用于提供共模提取和10PPM~20PPM精度的选定增益电阻器配对使用。
这种先进的“自主”设计对运算放大器性能具有严格的要求，以便从相对较大的输入提取非常弱小的信号。
为了成功地放大这些弱小信号，运算放大器必须具有超低输入失调电压和最小失调温度漂移，并具有宽增益带宽和轨到轨输入/输出摆幅（当然，小输入信号不需要轨到轨输入摆幅）。
同样重要的还有运算放大器需要在接近DC状态（如0.1Hz~10Hz）时具有非常稳定的超低频噪声特征对于高精密衡器桥式网络传感器应用，设计人员应当寻找具有极低输出失调电压和低噪声（1/f-1mHz）的单个零漂移运算放大器。
如图1所示，一个很好的例子是斩波零漂移ISL28134运算放大器，其可在0.1Hz 到10Hz频率范围内提供卓越噪声电压（nV），从而对DC电平提供几乎平坦的噪声频带。
两级运算放大器参数计算
两级运算放大器参数计算运放（运算放大器）是指一种能放大输入信号的电子设备，常用于放大低电平的信号以及信号调节、滤波、放大等应用。
运放具有非常好的线性特性，输入信号经过运放放大后，输出信号基本保持与输入信号相同的形状，但放大了很多倍。
在运放的应用中，常常需要根据具体的要求来选择适合的电路和参数。
其中，两级运放是一种常用的放大器电路，由两个运放组成。
在计算两级运放的参数之前，我们需要明确以下几个概念：1. 增益（Gain）：运放的增益是指输出信号与输入信号之间的比值关系，通常以倍数或者分贝（dB）来表示。
增益越大，输出信号就越大。
2. 带宽（Bandwidth）：运放的带宽是指在一定范围内，运放输出信号的幅度能够保持线性增益的频率范围。
带宽越大，运放的频率响应范围就越宽。
3. 输入阻抗（Input Impedance）和输出阻抗（Output Impedance）：输入阻抗是指运放输入端的电阻，输出阻抗是指运放输出端的电阻。
输入输出阻抗越大，对待放大的信号影响越小。
下面以电压放大器为例，介绍两级运放的参数计算：1.增益的计算：两级运放的增益等于第一级运放的增益与第二级运放的增益相乘。
增益的计算方法可以通过运放的数据手册来获取，或者通过实验测量得到。
2.带宽的计算：两级运放的带宽等于第一级运放的带宽与第二级运放的带宽取较小值。
带宽的计算方法也可以通过运放的数据手册来获取。
3.输入阻抗的计算：两级运放的输入阻抗等于第一级运放的输入阻抗与第二级运放的输入阻抗相乘。
输入阻抗的计算方法可以通过运放的数据手册来获取。
4.输出阻抗的计算：两级运放的输出阻抗等于第一级运放的输出阻抗与第二级运放的输出阻抗相乘。
输出阻抗的计算方法可以通过运放的数据手册来获取。
需要注意的是，两级运放的参数计算可能受到电源电压、工作温度等因素的影响，因此在实际应用中还需要考虑这些因素，并选择合适的电源和工作环境。
除了上述参数计算，还可以通过仿真软件进行两级运放的电路设计和参数优化。
运算放大器参数说明及选型指南
运算放大器参数说明及选型指南一、运放的参数说明：1.增益：运算放大器的增益是指输出信号与输入信号之间的比值，通常用V/V表示。
增益可以是固定的，也可以是可调的。
增益决定了输出信号相对于输入信号的放大程度。
2.带宽：运算放大器的带宽是指在其增益达到-3dB时的频率范围。
带宽决定了运放的工作频率范围，对于高频应用，需要选择具有宽带宽的运放。
3.输入偏置电压：输入偏置电压是指在无输入信号时，运放输入端的直流偏置电压。
输入偏置电压可能会引入偏置误差，对于精密测量电路，需要选择输入偏置电压尽可能小的运放。
4.输入偏置电流：输入偏置电流是指在无输入信号时，运放输入端的直流偏置电流。
输入偏置电流可能会引起输入端的电平漂移，对于高精度应用，需要选择输入偏置电流尽可能小的运放。
5.输入偏置电流温漂：输入偏置电流温漂是指输入偏置电流随温度变化的比例。
输入偏置电流温漂可能会导致运放的工作点发生变化，对于温度变化较大的应用，需要选择输入偏置电流温漂较小的运放。
6.输入噪声：输入噪声是指在无输入信号时，运放输入端产生的噪声。
输入噪声可能会影响信号的纯净度，对于低噪声应用，需要选择输入噪声较低的运放。
7.输出电流：输出电流是指运放输出端提供的最大电流。
输出电流决定了运放的输出能力，在驱动负载电流较大的应用中，需要选择输出电流较大的运放。
8.输出电压：输出电压是指运放输出端能够提供的最大电压。
输出电压决定了运放的输出范围，在需要大幅度信号放大的应用中，需要选择输出电压较大的运放。
二、选型指南：1.确定应用需求：根据实际应用需求确定所需的放大倍数、带宽、输入/输出电压等参数。
例如，对于音频放大器，需要考虑音频频率范围、输出功率等因素。
2.选择性能指标：根据应用需求选择合适的性能指标。
不同应用对各个参数的要求可能会有所差异，需根据实际情况进行权衡与选择。
3.查询产品手册：查询供应商的产品手册或网站，获取相关产品的详细参数信息。
产品手册通常会提供各项参数的典型值和极限值，可以用于评估是否满足需求。
如何使用电路中的运算放大器
如何使用电路中的运算放大器运算放大器是电子电路中常见的一种器件，它具有放大信号和进行基本运算的功能。
在很多电子设备和应用中，运算放大器都扮演着重要的角色。
本文将介绍如何正确地使用电路中的运算放大器。
一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种差分放大器，具有两个输入端口和一个输出端口。
它的输出电压与两个输入电压之间的差值成正比。
在理想情况下，运算放大器的增益非常大，并且具有无限输入阻抗和无限输出阻抗。
运算放大器通常由多个晶体管组成，内部电路复杂，但我们只需要关注其基本工作原理和使用方法。
二、运算放大器的基本电路连接使用运算放大器时，一般需要将其正确地连接到其他电子元件和电源。
下面是运算放大器的基本电路连接方式：1. 差分放大器电路差分放大器是运算放大器最基本的电路连接方式。
它利用了运算放大器的差分放大特性，可以对输入信号进行放大。
差分放大器的电路图如下：```+In|+---|>|-----+| |R2 || |-In R3 || |GND ||-Out```在差分放大器电路中，R1、R2、R3 分别表示连接到运算放大器输入端口的电阻。
这个电路连接方式常用于放大信号和进行模拟运算。
2. 增益放大器电路增益放大器是运算放大器的另一种常见电路连接方式。
它可以调节输入和输出之间的增益，以满足具体的应用需求。
增益放大器的电路图如下：```+InR1+---|>|-----+| |R2 || |GND ||-Out```在增益放大器电路中，R1、R2 分别表示连接到运算放大器输入端口的电阻。
通过调节这两个电阻的比例，可以改变放大器的增益大小。
三、运算放大器的使用注意事项在使用运算放大器时，需要注意以下几个方面：1. 供电电压：运算放大器需要外部供电电压，一般为正负双电源。
供电电压应在运算放大器的工作电压范围内，过高或过低都可能导致电路运行不正常。
2. 输入电压范围：运算放大器有一个输入电压范围，超出这个范围可能会导致输出失真。
电子电路创新设计竞赛考核试卷
D.所述所有描述都正确
17.在放大电路中，以下哪种现象可能导致输出信号失真？()
A.过载
B.截止
C.线性范围过小
D.所述所有现象
18.以下哪个是差分放大电路的主要优点？()
A.提高输入阻抗
B.提高输出阻抗
C.抵消共模干扰
D.增大电压增益
19.以下哪种编程语言常用于微控制器编程？()
1.在一个理想的运算放大器中，开环增益趋近于______。
答案：∞
2.晶体三极管有三个引脚，分别是发射极、基极和______。
答案：集电极
3.在N型半导体中，主要载流子是______。
答案：电子
4.一个理想的稳压电源输出电压应该具有很低的______。
答案：纹波系数
5.在数字电路中，逻辑“1”通常对应于______伏特（V）的电压。
答案：Protel、Cadence（或其他合理答案）
10.在电子电路中，为了防止信号反射，应使用______连接器或终端电阻。
答案：匹配阻抗
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.电阻的阻值与温度成正比关系。（）
答案：×
2.电容器的容抗与频率成反比关系。（）
C.不变
D.无法确定
5.以下哪种电路拓扑主要用于DC-DC转换？()
A.串联电路
B.并联电路
C.反激式电路
D.同步整流电路
6.关于运算放大器，以下哪个描述是正确的？()
A.输入阻抗低
B.输出阻抗高
C.增益带宽积固定
D.无需负反馈即可稳定工作
7.在数字电路中，与非门（NAND）的最小输出高电平是多少？()
如何正确使用模拟电路中的运算放大器
如何正确使用模拟电路中的运算放大器在模拟电路设计中，运算放大器（Operational Amplifier）扮演着重要的角色。
通过正确使用运算放大器，可以实现信号放大、滤波、积分、微分等功能。
本文将介绍如何正确使用模拟电路中的运算放大器，以帮助读者更好地理解和应用这一关键电子元件。
一、运算放大器基础知识运算放大器是一种高增益、差模输入的集成电路，并且通常具有很大的输入阻抗和小的输出阻抗。
它由输入端、输出端和电源端组成。
1. 输入端：运算放大器的输入端通常有两个：非反馈输入端（非反）和反馈输入端（反馈）。
非反输入端为负号，反馈输入端为正号。
通过调整输入信号在这两个输入端的比例，可以实现信号放大和其他功能。
2. 输出端：运算放大器的输出端通常为单一的输出信号。
其输出信号的幅度和输入信号有一定的线性关系。
3. 电源端：运算放大器需要外部电源进行供电。
常见的供电电压为正负12V，也有其他型号和规格的运算放大器，供电电压和功耗需根据具体型号进行选择。
二、正确的运算放大器使用方法在实际应用中，为了正确使用运算放大器并获得期望的结果，我们需要注意以下几个方面。
1. 电源稳定性运算放大器对电源的稳定性要求较高。
因此，建议使用稳定的电源，可以采用电池、稳压电路或者稳定供电模块。
同时，供电电源的电压应在运算放大器的工作范围内，并保持供电电压的稳定性。
2. 输入端连接为保持运算放大器的正常工作，输入端需要合理连接。
一般情况下，将信号源通过电阻与非反馈输入端连接，而反馈输入端则可以通过电路中的元件，如电容或电阻进行连接。
3. 反馈电阻的选择反馈电阻的选择对于运算放大器的放大倍数和频率响应有着重要影响。
通过调整反馈电阻的大小可以改变运算放大器的放大倍数，同时也会影响运算放大器的频率响应。
因此，在选择反馈电阻时，需要综合考虑放大倍数和频率响应的需求。
4. 负载阻抗的合理匹配为了保证运算放大器的输出信号能够正常工作，负载阻抗的合理匹配非常重要。
什么是集成运算放大器 如何正确使用
什么是集成运算放大器如何正确使用集成运算放大器(Integrated Operational Amplifier)简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。
自从1964年美国仙童公司研制出第一个单片集成运算放大器μA702以来，集成运算放大器得到了广泛的应用，它已成为线性集成电路中品种和数量最多的一类。
国标统一命名法规定，集成运算放大器各个品种的型号有字母和阿拉伯数字两大部分组成。
字母在首部，统一采用CF两个字母，C表示国标，F表示线性放大器，其后的数字表示集成运算放大器的类型。
它的增益高(可达60~180dB)，输入电阻大(几十千欧至百万兆欧)，输出电阻低(几十欧)，共模抑制比高(60~170dB)，失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。
模拟集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。
基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。
运算放大器除具有+、-输入端和输出端外，还有+、-电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。
它的闭环放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便[1] 。
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合放大器，主要由输入、中间、输出三部分组成。
输入部分是差动放大电路，有同相和反相两个输入端;前者的电压变化和输出端的电压变化方向一致，后者则相反。
中间部分提供高电压放大倍数，经输出部分传到负载。
它的引出端子和功能如图所示。
其中调零端外接电位器，用来调节使输入端对地电压为零(或某一预定值)时，输出端对地电压也为零(或另一个预定值)。
补偿端外接电容器或阻容电路，以防止工作时产生自激振荡(有些集成运算放大器不需要调零或补偿)。
供电电源通常接成对地为正或对地为负的形式，而以地作为输入、输出和电源的公共端。
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下文将重点说明一些有用的设计技术、简短的计算和通用的评估方法，以帮助设计师更好地进行评估。
在便携电子领域，设计师基于多种因素(尺寸、成本和性能)，利用他们的专业知识和最佳判断来选择器件。
但这些因素通常需要进行权衡，设计师必须依据所需的最终产品谨慎选择元件。
几乎与其它行业一样，便携市场，特别是移动电话市场，通常会同时提供高端(多功能)和低端(廉价)产品。
移动电话主板包括不同的元件，如运算放大器、音
频放大器及前置放大器、数据转换器和ASIC 等。
选择运算放大器之前，设计师必须考虑封装选项，
以及更小的封装是否会使性能降低。
尽管在便携产
品领域小型封装很受欢迎，但小型封装可能会给设
计师带来麻烦和问题。
采用塑料封装形式的运算放
大器，譬如SC70，往往不能达到与SOIC 或MSOP
封装对应产品相同的性能。
微型芯片级封装
(CSP)(这实质上是裸片)，暴露于光线下，输入偏流可能发生数百量级的偏移。
该封装形式也容易在
组装期间发生破裂。
哪些参数最重要?
在电池供电的应用领域—特别是PDA 和移动电话，由于电池电压会随着干扰而下降，因此应选择PSRR 性能好(~80dB)的运算放大器。
此外，要注意高增益配置，这是因为耦合到运放中的噪声将导致噪声电平升高。
电阻器的选择也十分关键，更大的阻值会产生更高的噪声。
设计师可以利用4？估算约翰逊噪声(Johnson noise)或电阻噪声，这里R 的单位是K 欧姆，因此100K 欧姆电阻产生大约40nV 噪声!
如果运用多个运算放大器，减少噪声的一个方法是采用图1所示的方案。
该方法可以按因子？？减少输出噪声，这里n 是使用的放大器数量。
对于LMV651而言，输出噪声将减少到大约12nV/？？。
此外设计师必须考虑限制带宽以使噪声最小：设计师可以将一个小电容与反馈电阻并联使用，借此降低噪声。
运算放大器的选择也取决于其它的器件。
设计师面对的一个普遍挑战是为模数转换器(ADC)选择合适的运算放大器。
尽管市场上有许多类型的数据转换器，但是运算放大器和模数转换器之间的匹配规则却不一样，设计师在做出选择之前必须认真考虑某些准则。
图1：运用多个运算放大器减少输出噪音。
图2：在运算放大器输出端采用简单的低通滤波器。
大致浏览两种器件的数据手册将提供有用的信息，但这还不够。
首先，挑选供电电压相同的运算放大器和模数转换器。
然后选择THD+N小的运算放大器。
如果不能查找到失真数据，就查看输出阻抗：输出阻抗小的运算放大器通常意味着更小的THD。
速度是另外一个必须考虑的参数，尽管更快的运算放大器速度用起来很舒服，但必须考虑一些折衷因素，譬如更高的功率和偶尔的不稳定。
根据选择的ADC，设计师应选择至少为ADC取样率50倍速度的放大器。
转换速率也可能是一个限制因素，设计师可以根据2？fVp进行计算，这里f是输入信号频率，Vp是最大输出摆幅。
例如，频率为400kHz的100mV输入信号(增益为10)要求放大器的转换速率至少为2.5V/μs。
一旦确定了这些基本参数，设计师必须考虑稳定时间，该参数可能会产生误导。
大多数制造厂商规定运算放大器的稳定时间在特定输入电压的0.1%或0.01%范围内。
如果设计要求更高的精度，例如16位，那么就需要满量程0.0015%范围的参数。
解决该问题的一个方法是利用下面的公式，基于模数转换器的精度来估计运算放大器的稳定时间：
这里，N是位数，f是放大器的开环带宽。
例如增益为10的运算放大器，如LMV651，精确度为12位时，稳定时间大约为1.4μs；精度为16位时，稳定时间是1.65μs。
该公式只是一个近似算式，没有考虑到杂散电容、主板电感或模数转换器的输入电容，这些因素都将影响稳定时间。
做出最终的选择之前，最重要的的指标之一是运算放大器的噪声，噪声较高的放大器会降低模数转换器的精度，给系统带来显著误差。
开始计算电路总输出噪声之前(这可能是一项十分冗长乏味的工作)，最好先估计一下。
这样设计师就知道是否应继续使用所选的放大器。
该估计涉及到运算放大器在相关带宽上的综合电压噪声和运放配置的增益。
我们可以将该公式表述为：
这里，NG是噪声增益，en是运算放大器的电压噪声，BW是闭环带宽。
在图2的电路中，在输出端采用简单的低通滤波器。
在该例中，输出噪声是在该滤波器带宽(按1/2πRC计算)下的综合噪声。
如果采用二阶滤波器，带宽要乘以系数1.05。
利用上述公式和LMV651电压噪声密度(17nV/？？)，图2电路在100kHz带宽(滤波器带宽)下的总输出RMS噪声是53.7V。
一旦估算出总输出噪声，设计师可以利用下面的公式计算运算放大器的信噪比(SNR)：
这里，VFS是满量程电压范围，Eout是上文计算的运算放大器噪声。
例如，2.5V信号产生的信噪比是86.4dB。
然后，设计师应根据下面的公式计算放大器和模数转换器的总SNR：
ADC121S021的SNR是72.3dB，当ADC121S021与LMV651搭配时，总SNR是72.1dB。
忽略谐波，设计师可以将该SNR转换为等效的比特数：ENOB=(SNR-1.76)/6.02，然后根据等价比特数确定只损失了大约0.3dB，这相当于0.03%总精度误差。
由于噪声是特定带宽下的综合噪声，显然噪声也与带宽成比例。
换言之，缩减带宽将减少噪声；扩展带宽将增加噪声。
如果决定选择更高带宽的滤波器，设计师应考虑选择更低噪声的放大器。
例如，图2电路中的10MHz滤波器产生不足71dB的总SNR，导致0.5比特损失。
但将LMV791(5.8nV/)与相同的滤波器搭配使用时，SNR提高到72dB以上。
设计师只要简单的选择更低噪声的运算放大器就可以提高系统的精度。
但必须考虑与此相关的各种折衷因素，例如功耗和封装尺寸。
待考虑的其它规格指标
至此，我们讨论了为设计选择器件的基本原则和规则，但还有其它的一些因素有待考虑。
例如，对于要求更高精度的应用，DC指标(譬如输入偏移电压和漂移)可能非常重要。
作者：Soufiane Bendaoud
产品营销工程师
放大器产品部
美国国家半导体公司。