今天，我們學(xué)習(xí)一下運放的幾個參數(shù)分析。

一、輸入失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓定義：在室溫25℃及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為0時，為使輸出電壓為0，在輸入端加的補償電壓叫做失調(diào)電壓。

在理想的情況下，一般認為當(dāng)運放的兩個輸入端輸入相同的電壓時，比如輸入電壓均為0，運放的輸出端電壓為0;但實則不然，因為實際上它的差分輸入級很難做到完全對稱，常在輸入電壓為0時，存在一定的輸出電壓，大概幾個微伏或者幾個毫伏，不同運放的性能不同，輸入失調(diào)電壓也不一樣。

下圖是LMV358運放失調(diào)電壓的測試：

因為運放的失調(diào)電壓通常比較小，所以我們接了一個比較大反饋電壓，放大倍數(shù)為1001倍。因為我們可以看到，在運放的負輸入端，電壓為4.83mV，因此LMV358所測是的失調(diào)電壓為4.83mV。

接下來，看一下LMV358數(shù)據(jù)手冊：

典型的失調(diào)電壓為0.5mV，最大是±5mV，我們測試結(jié)果還在范圍內(nèi)，但是已經(jīng)比較大了。所以，大家在選擇芯片時應(yīng)考慮運放的輸入失調(diào)電壓，避免誤差造成的影響。

下圖是OPA2350輸入失調(diào)電壓仿真：

從圖中可以看出，OPA2350作為高精度運放，它的輸入失調(diào)電壓很小。

二、輸入失調(diào)電流

由于輸入失調(diào)電流會造成輸入失調(diào)電壓變大，因此反饋電阻要小一點，避免反饋電阻過大引起測得的失調(diào)電壓偏大。

此外，失調(diào)電壓是直流量。

運放的輸入一般是基于三極管或者FET結(jié)構(gòu)的長尾式差分輸入，對于BJT來說，由于三極管工作在放大區(qū)是需要提供一定的偏置電流的，因此需要提供輸入電流，一般有nA到uA級別;

對于FET來說，由于場效應(yīng)管本身是壓控型器件，可還是存在一定的漏電流，不過電流非常小，一般是fA或者pA級別。但有時候為了ESD，還會增加鉗位二極管，從而更加增大了這個漏電流大小。

測試運放的失調(diào)電流時，要減少輸入失調(diào)電壓對它的影響，因此要將運放的增益變得很小。這里我們選擇的電阻為R2為1G歐姆，R3為1M歐姆，這樣運放輸出增益就接近1/1000倍，對失調(diào)電流產(chǎn)生的影響就很小。

下圖為LMV358的失調(diào)電流，為-5.63pa。

這與數(shù)據(jù)手冊中所說的10pa接近。

不同的運放，輸入失調(diào)電流也不一樣。高精度的運放，輸入失調(diào)電流很小，如下圖所示：

其他電路形式相同，我們只更換了運放型號，將LMV358改為OPA2350高精度運放，再看OPA2350的輸入失調(diào)電壓為1.3nA。

三、失調(diào)電壓補償

因為運放的不對稱性，在輸入端電壓都為0時，運放輸出還有微小的電壓，在很多精密運放中，為了使輸入端電壓相等時，輸出電壓為0，通過調(diào)整輸入端加一個微小的電壓，使運放輸出端電壓為0，這個微小的電壓叫做失調(diào)電壓補償。

1、如果我們的同相端作為信號輸入，那么我們反向端進行失調(diào)電壓補償，我們需要雙電源，正負兩個方向進行補償，雙電源制作方法，正電源就是將電源的負極和大地連在一起，那么正極就是相對于大地電壓為正的電壓，負電源就是將電源的正極與大地連在一起，那么電源的負極端就是負電壓。

2、補償電阻要盡可能大，100K歐姆以上，盡量減少對原放大電路精度的影響。

3、補償電源可以采用串聯(lián)分壓，提高補償精度。

運放我們采用LF353，這是一個雙電源供電的運放，單電源供電的沒有辦法進行負電源補償。

運放正電壓為5V，負電壓為-5V。

此時我們看到，當(dāng)兩端輸入電壓相等均為0時，輸出電壓是1.89mv。

現(xiàn)在我們做輸入電壓補償：

通過電壓補償，我們看到輸出電壓已經(jīng)減小到9uv了，還是有效果的，可以更好的減小誤差。

四、輸入電壓范圍

1、一般指輸入共模電壓范圍,即兩個輸入端處可允許接入的電壓范圍;

2、反相放人器由于虛地,共模電壓為0，所以不受輸入信號幅值的限制;

3、以基本的差分放大電路為例,避免輸出電壓范圍的影響;

4、超出輸人范圍后，可能會出現(xiàn)相位翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象;

5、rail-to-rai特性的運放(如OPA2350)可以輸入稍微超過電源軌的電壓。

它的工作電壓范圍為2.7V至5V，我們采用5V電壓作為工作電壓供電。

這里的最小工作電壓低于工作電壓范圍最小值，我們在OPA2350的數(shù)據(jù)手冊中也找到了解釋。OPA350系列運算放大器的完整額定參數(shù)為2.7V至5.5V，實際的電源電壓可以介于2.5V至5.5V之間。

五、輸出電壓范圍

我們把運放做成一個電壓跟隨器，我們信號輸入范圍為0~5V，輸出電壓能夠正常跟隨。

現(xiàn)在，我們把輸入電壓改為-0.1V至5.6V之間，現(xiàn)象如下：

運放的輸出已經(jīng)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，當(dāng)輸入電壓大于工作電壓時，運放輸出最大電壓出現(xiàn)削頂，最大輸出電壓為4.96，最小輸出電壓為100mV左右。

有的運放超出最大輸入電壓時，他會出現(xiàn)輸出反向的現(xiàn)象。

六、壓擺率

運放的壓擺率(SR)，是指輸入為階躍信號時，閉環(huán)放大器的輸出電壓時間變化率的平均值，是指單位時間(一般用微秒)器件輸出電壓值的可改變的范圍。

OPA2350的壓擺率，是在增益為1的情況下測量的。為了避免增益帶來的干擾，減少帶寬的影響，我們還是用電壓跟隨器來做，并且輸入電壓不能超過它的輸入電壓范圍。

通過仿真，輸入為三角波，電壓范圍為0至1V。我們可以看出，在輸入頻率為1Mhz時，輸入電壓波形和輸出電壓波形幾乎重合，輸出電壓是跟隨輸入電壓變化的。

我們使輸入信號的頻率不變，更改一下信號的幅值，將輸入信號的幅值改為0至5V,我們可以看到，輸出電壓的波形已經(jīng)和輸出電壓波形有了相位偏移，說明輸出電壓變化已經(jīng)跟不上輸入電壓信號的變化。

接下來，我們計算一下它的壓擺率。

SR=(用通道B的T1時刻電壓-通道B的T2時刻電壓)/(T2-T1)=17.24V左右，與數(shù)據(jù)手冊所給的20接近。

我們選擇運放壓擺率的經(jīng)驗公式為SR=2*π*f*Vpk，其中f為運放輸入信號的頻率，Vpk是輸入的幅值電壓，比如輸入信號頻率為100khz，Vpk為5，可以計算得出：

SR=2*3.14*10*1000*5=3140000V/s=3.14V/us，OPA2350為22V/us是滿足條件的。

而像LMV358這種普通運放，壓擺率為0.6V/us，則滿足不了我們的設(shè)計要求。

七、增益帶寬積

OPA2350的增益帶寬積為38MHZ，是在增益G=1的條件下測試的，衰減為-3db。

仿真如下所示：

頻率為38MHz，輸入信號為0至2V，電路采用的是電壓跟隨器方式，紅色為信號發(fā)生器輸入電壓，紫色為運放輸出電壓，可以明顯看出，運放的輸出波形滯后于信號發(fā)生器的輸入波形，且輸出幅度有衰減。

由此可以計算一下，輸出的最大電壓為1.203V，與我們的輸入最大電壓相比，1.2/2=60%，衰減為40%，與理論給的30%接近，所以運放數(shù)據(jù)手冊所給出的增益帶寬積是在增益G=1，衰減為30%信號幅值條件下給出的。

如果我們增大增益，會提前出現(xiàn)30%的衰減現(xiàn)象。所以在選擇運放的時候，運放增益積要大于一個值，G=K*輸入頻率*增益放大倍數(shù)，k值一般取10。

比如，輸入頻率為10Khz，增益放大倍數(shù)為100，那么所需要的運放增益帶寬積應(yīng)該為10M。

OPA2350的增益帶寬為38MHZ，滿足設(shè)計要求;而像LMV358，它的增益帶寬僅為1Mhz，滿足不了這個設(shè)計要求。

八、共模增益

1、使用基本差分成大電路;

2、兩個輸入端輸入相同的電壓，輸入零差模信號，觀察輸出信號;

3、注意頻率對共模增益的嚴(yán)重影響;

下面這張是OPA2350的數(shù)據(jù)手冊里面的共模抑制比數(shù)據(jù)圖：

在直流或者低頻信號的時候，它的共模抑制比很大，隨之頻率增加，共模抑制比迅速減小。

這里輸入電壓范圍為0至2V，一開始設(shè)置頻率為1MHz，將示波器改為交流耦合，來測輸入相同電壓時運放的輸出波形。

幅值為16uV左右，數(shù)據(jù)手冊表明，隨著輸入信號頻率的增加，共模抑制比減小(共模抑制比=輸入的共模電壓/運放輸出電壓)。

現(xiàn)在我們增大輸入信號的頻率，改為5Mhz，然后再來看一下輸出波形，幅值變?yōu)?3uV左右。

此處是我不理解的地方，按照數(shù)據(jù)手冊上，輸入信號的頻率增大時，共模抑制比應(yīng)該是減小，但我測得輸出卻是增大的……

以上就是運放幾個參數(shù)的分析過程了，內(nèi)容可能有不對的地方，希望各位大牛指教，謝謝!

審核編輯：湯梓紅