运放全称是运算放大器，是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运放是一个从功能角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。 

                                图5.1 运放端口图

运放如上图有两个输入端——2（反相输入端），3(同相输入端)和一个输出端1。也分别被称为反向输入端，同向输入端和输出端。

一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放来制作同相、反相及差分放大器。 

运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。“轨到轨”运放的电压输出范围会很接近供电电源的电压。

1.2运放的常用分类和参数     

1.2.1运放的常用分类

按照运放的参数来分，运放可分为如下几类。 

1)通用型运算放大器 

通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例μA741（单运放-美国仙童60年代末后的经典）、LM358（双运放）、LM324（四运放-TI-公司有用）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。 

2)高阻型运算放大器 

这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞1GΩ~1TΩ，IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。 

3)低温漂型运算放大器 

在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中，总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP2177（双运放_UT5215的DA输出）、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。 

参数 失调电压温漂 高质量运放αUIO 低于0.5 u V /℃；

如TI的运放OPA4277 （低温漂型运放）±0.1μV/°C；

如ADI的运放OP2177 0.3μV/°C .

4)高速型运算放大器 

在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的电压转换速率SR一定要高（1微秒时间里电压升高的幅度，直观上讲就是电压由波谷升到波峰所需时间），单位增益带宽GBW一定要足够大，像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、μA715等，其SR=50~70V/us，BWG＞20MHz。

5)低功耗型运算放大器 

由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为±2V~±18V，消耗电流为50~250μA。目前有的产品功耗已达μW级，例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10mW，可采用单节电池供电。 

6)可编程控制运算放大器

在仪器仪表的使用过程中都会涉及到量程的问题，为了得到固定电压的输出，就必须改变运算放大器的放大倍数；例如：有一运算放大器的放大倍数为10倍，输入信号为1mv时，输出电压为10mv，当输入电压为0.1mv时，输出就只有1mv，为了得到10mv就必须改变放大倍数为100，程控运放就是为了解决这一问题而产生的，例如PGA103A，通过控制1，2脚的电平来改变放大的倍数。

1.2.2运放的主要参数

1)开环差模电压增益 Aod  

一般用对数表示，定义为 

即放大倍数一般为 十万到 一千万 。

如TI的四通道运放OPA4277为 134dB 。

2)输入失调电压(VIO)  Input offset voltage

该参数表示为了使输出电压为零，需要在输入端施加的补偿电压差。

A）一般运放的输入失调电源UIO为1到10mV，如TI的四通运放 TLC2274 最大为1.5mV；

B）高质量运放UIO为1 mV以下，如TI的四通运放OPA4277为10μV ；再如ADI的两通运放OP2177 为60μV。

3)输入失调电压温漂 αUIO  ---有关温度和精度的参数，在精度要求高的仪表或仪器中该参数值必须要小。

A）一般运放αUIO  10到20 u V /℃； 如TI的四通运放 TLC2274（低噪声轨到轨） 

2μV/°C；

B）高质量运放αUIO 低于0.5 u V /℃；如TI的四通运放OPA4277 （低温漂型运放）±0.1μV/°C；如ADI的四通运放OP2177 0.3μV/°C 。

4)输入失调电流(IOS)  I Input offset

定义：当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即

一般运放为几十~ 一百纳安；

高质量的低于1 nA。 这个参数一般都能做的很小，如常用的TLC2274、OPA4277和OP2177。

5)输入偏置电流(IB)   Input Bias Current 

该参数指运放输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。

6)差模输入电阻(Rid) 

该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，电压的变化导致电流的变化。

一般集成运放为几个MΩ。

7)共模抑制(CMR)  Common-mode rejection ratio

多数集成运放在80 dB （一万倍）以上，高质量的可达160 dB。

如TI的 TLC2274  为80dB；

TI的 OPA4277 为 115dB；

ADI的 OP2177 为 125dB.

8)最大共模输入电压UIcm

输入端所能承受的最大共模电压。须查规格书。

9)-3 dB带宽  fH

表示运放的开环差模增益Aod 下降至-3 dB （1/1.414）时的运放工作频率。

一般集成运放fH 只有几赫至几千赫。

10)单位增益带宽(BW)  fc

该参数指开环差模增益Aod大于1时，运算放大器的最大工作频率。此时开环差模电压放大倍数等于1。

11)增益带宽积(GBW)  Gain-bandwidth product

增益带宽积AOD * ƒ是一个常量，定义为在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。

    TLC2274 为 2.25MHz ； 

    OPA4277 为 1MHz ；

    OP2177   为 1.3MHz。 

12)输出电压摆幅(VO) 

该参数是指输出信号能够达到的最大电压摆幅的峰值，VO。

一般选用轨到轨的运放，输出电压可以接近电源的电压。

13)转换速率/电压摆率 (SR) 

额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率。单位为V / us 。

1纳秒时间里电压升高的幅度，直观上讲就是电压由波谷升到波峰所需时间，单位通常有V/s，V/ms，V/μs和V/ns四种，用示波器就可以测量。

  TLC2274 为  3.6V / us ； 

   OPA4277 为 0.8V / us ；

   OP2177   为 0.7V / us。

虽然在GWB和SR两个参数方面，TI的TLC2274表现要优于 TI的OPA系列和ADI的OP系列运放；但是在开环差模增益、输入失调电压、输入失调电源温漂、以及共模抑制比等几个参数上要比OPA系列和OP系列表现差。

TLC系列运放成本低。

在选择运放时要综合考虑各个因素，做出最优的选择。下载本文