你真的懂如何選擇運放芯片嗎？

運放芯片的用途

運放芯片可以做信號放大、數(shù)學(xué)運算(加法運算、減法運算、微分、積分等)、比較器、波形發(fā)生器等電路應(yīng)用。其產(chǎn)品用途包括：LED照明、便攜式數(shù)碼產(chǎn)品、掃地機器人、儲能設(shè)備充電器、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)儀器、航天通訊設(shè)備等。

英銳芯·運放功放系列

運放芯片的參數(shù)

直流參數(shù)

輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓的溫度漂移(簡稱輸入失調(diào)電壓溫漂)、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流的溫度漂移(簡稱輸入失調(diào)電流溫漂)、差模開環(huán)直流電壓增益、共模抑制比、電源電壓抑制比、輸出峰-峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓

交流參數(shù)

開環(huán)帶寬、單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率SR、全功率帶寬、建立時間、等效輸入噪聲電壓、差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗

輸入失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓定義為集成運放輸出端電壓為零時，兩個輸入端之間所加的補償電壓。輸入失調(diào)電壓實際上反映了運放內(nèi)部的電路對稱性，對稱性越好，輸入失調(diào)電壓越小。輸入失調(diào)電壓是運放的一個十分重要的指標，特別是精密運放或是用于直流放大時。輸入失調(diào)電壓與制造工藝有一定關(guān)系，其中雙極型工藝（即上述的標準硅工藝）的輸入失調(diào)電壓在±1~10mV之間；采用場效應(yīng)管做輸入級的，輸入失調(diào)電壓會更大一些。對于精密運放，輸入失調(diào)電壓一般低于1mV。輸入失調(diào)電壓越小，直流放大時中間零點偏移越小，越容易處理。所以對于精密運放是一個極為重要的指標

輸入失調(diào)電壓溫漂

輸入失調(diào)電壓的溫度漂移定義為在給定的溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓的變化與溫度變化的比值。這個參數(shù)實際是輸入失調(diào)電壓的補充，便于計算在給定的工作范圍內(nèi)，放大電路由于溫度變化造成的漂移大小。一般運放的輸入失調(diào)電壓溫漂在±10~20μV/℃之間，精密運放的輸入失調(diào)電壓溫漂小于±1μV/℃

輸入偏置電流 iOS

輸入偏置電流定義為當(dāng)運放的輸出直流電壓為零時，其兩輸入端的偏置電流平均值。輸入偏置電流對進行高阻信號放大、積分電路等對輸入阻抗有要求的地方有較大的影響。輸入偏置電流與制造工藝有一定關(guān)系，其中雙極型工藝（即上述的標準硅工藝）的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間；采用場效應(yīng)管做輸入級的，輸入偏置電流一般低于1nA。

輸入失調(diào)電流溫漂 Δios/ΔT

在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。它是指II0在規(guī)定工作范圍內(nèi)的溫度系數(shù)，也是衡量運放受溫度影響的重要指標，通常約為（1～50）nA/C，高質(zhì)量的約為幾個pA/C。

(5)最大共模輸入電壓Vcm

最大共模輸入電壓定義為，當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，在運放的共模抑制比特性顯著變壞時的共模輸入電壓。一般定義為當(dāng)共模抑制比下降6dB 是所對應(yīng)的共模輸入電壓作為最大共模輸入電壓。最大共模輸入電壓限制了輸入信號中的最大共模輸入電壓范圍，在有干擾的情況下，需要在電路設(shè)計中注意這個問題。

共模抑制比 CMRR

共模抑制比定義為當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，運放差模增益與共模增益的比值。共模抑制比是一個極為重要的指標，它能夠抑制差模輸入中的共模干擾信號。由于共模抑制比很大，大多數(shù)運放的共模抑制比一般在數(shù)萬倍或更多，用數(shù)值直接表示不方便比較，所以一般采用分貝方式記錄和比較。一般運放的共模抑制比在80~120dB之間

電源電壓抑制比 PSRR

電源電壓抑制比定義為當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，運放輸入失調(diào)電壓隨電源電壓的變化比值。電源電壓抑制比反映了電源變化對運放輸出的影響。對于電源電壓抑制比低的運放，運放的電源需要作認真細致的處理, 否則電源的紋波會引入到輸出端。當(dāng)然，共模抑制比高的運放，能夠補償一部分電源電壓抑制比，另外在使用雙電源供電時，正負電源的電源電壓抑制比可能不相同。

輸出峰-峰值電壓 Vout

輸出峰-峰值電壓定義為，當(dāng)運放工作于線性區(qū)時，在指定的負載下，運放在當(dāng)前大電源電壓供電時，運放能夠輸出的最大電壓幅度。除低壓運放外，一般運放的輸出輸出峰-峰值電壓大于±10V。一般運放的輸出峰-峰值電壓不能達到電源電壓，這是由于輸出級設(shè)計造成的，現(xiàn)代部分低壓運放的輸出級做了特殊處理，使得在10千歐姆負載時，輸出峰-峰值電壓接近到電源電壓的50mV以內(nèi)，所以稱為滿幅輸出運放，又稱為軌到軌（raid-to-raid）運放。需要注意的是，運放的輸出峰-峰值電壓與負載有關(guān)，負載不同，輸出峰-峰值電壓也不同；運放的正負輸出電壓擺幅不一定相同。對于實際應(yīng)用，輸出峰- 峰值電壓越接近電源電壓越好，這樣可以簡化電源設(shè)計。但是現(xiàn)在的滿幅輸出運放只能工作在低壓，而且成本較高。

輸入阻抗 Rin

輸入阻抗反映輸入對運放性能的影響，一般選擇運放時輸入阻抗越大越好。

輸出阻抗 Rout

輸入阻抗反映運放輸出端帶負載能力，越小越好。

開環(huán)增益 Av

開環(huán)條件下運放能達到的最大增益

開環(huán)帶寬:

開環(huán)帶寬定義為，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得開環(huán)電壓增益從運放的直流增益下降3db（或是相當(dāng)于運放的直流增益的0.707）所對應(yīng)的信號頻率。這用于很小信號處理。

單位增益帶寬 GBW

單位增益帶寬定義為運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得閉環(huán)電壓增益下降 3db（或是相當(dāng)于運放輸入信號的0.707）所對應(yīng)的信號頻率。注意:單位增益帶寬是一個很重要的指標，對于正弦小信號放大時，單位增益帶寬等于輸入信號頻率與該頻率下的最大增益的乘積，換句話說，就是當(dāng)知道要處理的信號頻率和信號需要的增益后，可以計算出單位增益帶寬，用以選擇合適的運放。這項參數(shù)用于小信號處理中運放選型。

壓擺率（轉(zhuǎn)換速率）SR

運放接成閉環(huán)條件下，將一個大信號（含階躍信號）輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得運放的輸出上升速率。由于在轉(zhuǎn)換期間，運放的輸入級處于開關(guān)狀態(tài)，所以運放的反饋回路不起作用，也就是轉(zhuǎn)換速率與閉環(huán)增益無關(guān)。注意:轉(zhuǎn)換速率對于大信號處理是一個很重要的指標，對于一般運放轉(zhuǎn)換速率SR<=10V/μs，高速運放的轉(zhuǎn)換速率SR>10V/μs。目前的高速運放最高轉(zhuǎn)換速率SR達到 6000V/μs。這用于大信號處理中運放選型。

全功率帶寬

在額定的負載時，運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦大信號輸入到運放的輸入端，使運放輸出幅度達到最大（允許一定失真）的信號頻率。這個頻率受到運放轉(zhuǎn)換速率的限制。近似地，全功率帶寬=轉(zhuǎn)換速率/2πVop（Vop是運放的峰值輸出幅度）。全功率帶寬是一個很重要的指標，用于大信號處理中運放選型。

運用參數(shù)的設(shè)定

前面我們介紹了運放的一些參數(shù)，接下來我們用一個實際的應(yīng)用電路設(shè)計來分析確定運放的關(guān)鍵參數(shù)。 下圖是一個充電器充電電流檢測和充電狀態(tài)指示電路，采用英銳芯LM358做比較器檢測充電電流大小，并控制相關(guān)LED燈指示充電狀態(tài)。

在設(shè)計電路前，我們要考慮哪些些參數(shù)呢？

要確定該充電器的輸出電壓大小以及波動幅度 。

參數(shù)1決定我們選擇運放的耐壓以及運放的電源電壓抑制比

要確定充電器的最大充電電流和電池充滿狀態(tài)時的最小充電電流

參數(shù)2是該電路考慮的重點，我們要根據(jù)最大充電電流和最小充電電流參數(shù)選擇合適的電流采樣電阻(電阻的阻值、功率、誤差等)。另外根據(jù)最小充電電流，我們要確定比較器應(yīng)用中的參考電壓。如果我們要求電池充滿狀態(tài)的電流比較小，那么在充滿狀態(tài)時采樣電阻上面產(chǎn)生的壓降就會很小，這就要求比較器的參考電壓也要必須小，這樣我們就必須考慮運放的輸入失調(diào)電壓大小，如果運放的輸入失調(diào)電壓高于我們設(shè)定的比較器參考電壓，那么就會出現(xiàn)在充電狀態(tài)誤指示的情況。

最后結(jié)論

通過上面的分析我們可以知道：我們要選擇合適的芯片，首先要弄清楚自己功能電路有那些要求以及該電路的工作條件，然后再根據(jù)要求和條件確定我們所要選擇的運放的參數(shù)，根據(jù)運放腳位設(shè)計原理圖，通過計算確定運放外圍電路的具體參數(shù)。最后再進行審核優(yōu)化。我們上面的原理圖其實存在一些缺陷，比如比較的參考電壓是VCC通過電阻分壓得到的，如果說VCC有波動，那么參考電壓也會波動，這樣就會導(dǎo)致還沒有到電池充滿狀態(tài)，指示燈也轉(zhuǎn)燈或者燈會閃爍的情況。

審核編輯：湯梓紅