运算放大器的主要技术指标

        运放（运算放大器）是一种基础电子器件，具有输入阻抗高、开环放大倍数大、输入端电流小、同相端与反相端电压几乎相等等特点。在选型时，需要考虑技术指标如输入失调电压、输入失调电压漂移、输入失调电流、共模抑制比、压摆率、建立时间、增益带宽积和电源电压范围等。不同应用场景需要关注不同的指标，例如传感器信号调理、医疗仪器、音频处理等。在选型时，需要权衡各参数之间的关系，确保选择的运放能够满足特定应用需求。通过仿真或实际测试来验证运放在电路中的性能表现，以确保系统稳定可靠。

运放的基本特点

输入阻抗在MΩ

开环放大倍数在10000以上 输入端电流很小（虚断）

同相端和反相端电压几乎一样（虚短） 

输出电压范围不超过电源电压范围

常工作在闭环状态

运放的技术指标

        选择运算放大器（运放）时，其技术指标直接影响电路的性能、成本和可靠性。以下是常见技术指标及其对选型的影响，以及不同应用场景下的关键考量：

输入失调电压

       在运放开环使用时，加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电 压为 0。或者当运放接成跟随器并且输入端接地，输出存在非0电压。输出的直流电压叫做输出失调电压，输出失调电压受电路放大倍数影响，放大倍数越大，输出失调电压越大。

选择参考

输入失调电压不分正负，1uV以下是优秀，1uV~100uV属于良好，最大的有几十毫伏。

解决方式

通过运放提供的调零端调零；在输入端或者输出端加直流电压抵消。

• 选型场景：传感器信号调理、医疗仪器、电子秤等。

输入失调电压漂移

        输入失调电压漂移（Input Offset Voltage Drift) 当温度变化、时间持续、供电电压等自变量变化时，输入失调电压会发生变 化。输入失调电压随自变量变化的比值，称为失调电压漂移。        

选择参考

0.002µV/°C 到几十 µV/°C。

• 选型场景：汽车电子、工业控制、航空航天。

输入失调电流 

        当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的差值。 数量级相差巨大，这取决于运放输入端结构，FET 输入的会很小。数值的大小一般与该芯片的偏置电流相当。 

选择参考

20fA~100µA。

• 选型场景：微小电流检测，光电二极管探测电路。

输入偏置电流 

当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的平均值。本项指标主要描述输入端流进电流的数量级。

选择参考

60fA~100µA

• 选型场景：高阻抗传感器接口、积分电路、电荷放大器。

 总谐波失真

        输入信号和输出信号一致，但可能会出现幅度不可靠的线性失真，频率不会改变。任何波形的改变都会产生新的谐波，这称为非线性失真，产生的谐波频率是基频的整数倍。 THD定义为当运放输入正弦波后，输出信号中谐波的能量总和与基频的比值关系，反应了放大器的非线性失真度。

选择参考

普通运放：THD通常在0.02%到0.5%之间。

音频专用运放：THD通常低于0.005%。

精密运放：THD通常低于0.001%。

共模抑制比

        共模抑制比（Common-mode rejection ratio，CMRR）：差模电压增益与共模电压增益的比值，用 dB 表示。运算放大器在单端输入使用时，不存在这个概念。差分接法需要注意这个指标。为实现电路的高共模抑制比，需要外部一致的电阻。

选择参考 

>100dB

• 选型场景：仪表放大器、ECG/EEG信号采集、工业控制。

压摆率 

压摆率（Slew rate，SR）：闭环放大器输出电压变化的最快速率。用 V/μs 表示。大信号（如方波、音频信号）处理时，SR不足会导致波形失真。

选择参考

1. 计算所需压摆率：

   • 正弦波：SRreq=2πf（频率）Vpk（峰值电压）

   • 方波：SRreq=ΔV（电压摆幅）/tr（允许的上升时间）

2. 选择运放：

   • 运放的标称压摆率需满足 SR运放≥SRreq。

   • 留有余量：建议选择 SR运放≥1.2×SRreq，以应对非线性失真或温度影响。

• 选型场景：高速ADC/DAC驱动、脉冲信号处理、音频功放等。

 建立时间

        建立时间（Settling Time）：运放接成指定增益（一般为 1），从输入阶跃信号开始，到输出完全进入指定误差范围所需要的时间。所谓的指定误差范围，一般有 1%，0.1%几种。 建立时间由三部分组成，第一是运放的延迟，第二是压摆率带来的爬坡时间，第三是稳定时间。很显然，这个指标与 SR 密切相关，一般来说，SR 越大的，建立时间更小。

选择参考

几 ns 到几 ms。

选型场景：ADC 驱动电路

增益带宽积 

        增益带宽积（Gain Bandwidth Product，GBP 或者 GBW）：在一定频率范围内，运放的放大倍数和带宽的乘积是一个常数，也就是放大倍数和带宽成反比，这个常数就是增益带宽积。决定了运放的最大可用带宽。若电路需要高频信号处理（如射频、高速数据采集），需选择高GBW的运放。

选择参考

低频/低功耗：几十kHz~几MHz（如OPA2333、LM358）。

中频/音频：1MHz~10MHz（如NE5532、OPA1612）。

高频/高速：几十MHz~GHz（如ADA4817、THS系列）。

• 选型场景：高速信号处理、通信系统、视频放大等。

电源电压范围 

        决定了输出电压的范围。一般运放的输出电压范围要比电源电压范围略窄 1V 到几 V。较好的运放输出电压范围可以与电源电压范围非常接近，比如几十 mV 的差异，这被称为“输出至轨电压”。这在低电压供电场合非常有用。

选择参考

至轨电压与负载密切相关，负载越重（阻抗小）至轨电压越大；

至轨电压与信号频率相关，频率越高，至轨电压越大，甚至会突然大幅度下降；

至轨电压在 20mV 以内，属于非常优秀。

选型步骤

1. 明确应用需求

   • 高速应用（如ADC驱动）：优先关注 GBW 和 压摆率。

   • 精密测量（如传感器放大）：优先 低失调电压、低噪声、高CMRR。

   • 低功耗系统（如电池供电）：侧重 静态电流 和 电源电压范围。

   • 高阻抗信号源（如pH传感器）：选择 低输入偏置电流 的运放（如JFET或CMOS输入型）。

2. 参数权衡

   • 速度 vs 功耗：高速运放（如AD8065）通常功耗较高，需在性能和能耗间平衡。

   • 精度 vs 成本：精密运放（如OPA2188）价格较高，需根据误差预算选择。

   • 通用 vs 专用：通用运放（如LM358）成本低但性能有限，专用运放（如仪表放大器）适合特定需求。

3. 实际验证

   • 通过仿真（如LTspice）或原型测试，验证运放在实际电路中的表现（如稳定性、噪声水平）。

运放选型需根据具体需求筛选关键指标，同时权衡性能、功耗和成本。