1、運(yùn)放芯片的用途

運(yùn)放芯片可以做信號(hào)放大、數(shù)學(xué)運(yùn)算(加法運(yùn)算、減法運(yùn)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(jī)器人、儲(chǔ)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。

2、運(yùn)放的參數(shù)介紹

運(yùn)放的主要參數(shù)包括：直流參數(shù)和交流參數(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(jiǎn)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(jiǎn)稱輸入失調(diào)電流溫漂)、差模開(kāi)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(kāi)環(huán)帶寬、單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率SR、全功率帶寬、建立時(shí)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

由于運(yùn)放的參數(shù)比較多，這里我們主要介紹一些比較重要的參數(shù)(這里說(shuō)的重要并不是其他沒(méi)有介紹的參數(shù)就不重要，主要還的看實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景)

(1)輸入失調(diào)電壓

輸入失調(diào)電壓定義為集成運(yùn)放輸出端電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端之間所加的補(bǔ)償電壓。輸入失調(diào)電壓實(shí)際上反映了運(yùn)放內(nèi)部的電路對(duì)稱性，對(duì)稱性越好，輸入失調(diào)電壓越小。輸入失調(diào)電壓是運(yùn)放的一個(gè)十分重要的指標(biāo)，特別是精密運(yùn)放或是用于直流放大時(shí)。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(biāo)準(zhǔn)硅工藝）的輸入失調(diào)電壓在±1~10mV之間；采用場(chǎng)效應(yīng)管做輸入級(jí)的，輸入失調(diào)電壓會(huì)更大一些。對(duì)于精密運(yùn)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(shí)中間零點(diǎn)偏移越小，越容易處理。所以對(duì)于精密運(yùn)放是一個(gè)極為重要的指標(biāo)

(2)輸入失調(diào)電壓的溫度漂移（簡(jiǎn)稱輸入失調(diào)電壓溫漂）ΔVos/ΔT：

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(gè)參數(shù)實(shí)際是輸入失調(diào)電壓的補(bǔ)充，便于計(jì)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(yùn)放的輸入失調(diào)電壓溫漂在±10~20μV/℃之間，精密運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓溫漂小于±1μV/℃

(3)輸入偏置電流iOS：

輸入偏置電流定義為當(dāng)運(yùn)放的輸出直流電壓為零時(shí)，其兩輸入端的偏置電流平均值。輸入偏置電流對(duì)進(jìn)行高阻信號(hào)放大、積分電路等對(duì)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(biāo)準(zhǔn)硅工藝）的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間；采用場(chǎng)效應(yīng)管做輸入級(jí)的，輸入偏置電流一般低于1nA。

(4)輸入失調(diào)電流的溫度漂移（簡(jiǎn)稱輸入失調(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(yùn)放受溫度影響的重要指標(biāo)，通常約為（1～50）nA/C，高質(zhì)量的約為幾個(gè)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(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí)，在運(yùn)放的共模抑制比特性顯著變壞時(shí)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(duì)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(hào)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(jì)中注意這個(gè)問(wèn)題。

(6)共模抑制比CMRR：

共模抑制比定義為當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí)，運(yùn)放差模增益與共模增益的比值。共模抑制比是一個(gè)極為重要的指標(biāo)，它能夠抑制差模輸入中的共模干擾信號(hào)。由于共模抑制比很大，大多數(shù)運(yùn)放的共模抑制比一般在數(shù)萬(wàn)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(yùn)放的共模抑制比在80~120dB之間

(7)電源電壓抑制比PSRR：

電源電壓抑制比定義為當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí)，運(yùn)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(duì)運(yùn)放輸出的影響。對(duì)于電源電壓抑制比低的運(yùn)放，運(yùn)放的電源需要作認(rèn)真細(xì)致的處理, 否則電源的紋波會(huì)引入到輸出端。當(dāng)然，共模抑制比高的運(yùn)放，能夠補(bǔ)償一部分電源電壓抑制比，另外在使用雙電源供電時(shí)，正負(fù)電源的電源電壓抑制比可能不相同。

(8)輸出峰-峰值電壓Vout：

輸出峰-峰值電壓定義為，當(dāng)運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí)，在指定的負(fù)載下，運(yùn)放在當(dāng)前大電源電壓供電時(shí)，運(yùn)放能夠輸出的最大電壓幅度。除低壓運(yùn)放外，一般運(yùn)放的輸出輸出峰-峰值電壓大于±10V。一般運(yùn)放的輸出峰-峰值電壓不能達(dá)到電源電壓，這是由于輸出級(jí)設(shè)計(jì)造成的，現(xiàn)代部分低壓運(yùn)放的輸出級(jí)做了特殊處理，使得在10千歐姆負(fù)載時(shí)，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(yùn)放，又稱為軌到軌（raid-to-raid）運(yùn)放。需要注意的是，運(yùn)放的輸出峰-峰值電壓與負(fù)載有關(guān)，負(fù)載不同，輸出峰-峰值電壓也不同；運(yùn)放的正負(fù)輸出電壓擺幅不一定相同。對(duì)于實(shí)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(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)在的滿幅輸出運(yùn)放只能工作在低壓，而且成本較高。

(9)輸入阻抗Rin:

輸入阻抗反映輸入對(duì)運(yùn)放性能的影響，一般選擇運(yùn)放時(shí)輸入阻抗越大越好。

(10)輸出阻抗Rout:

輸入阻抗反映運(yùn)放輸出端帶負(fù)載能力，越小越好。

(11)開(kāi)環(huán)增益Av：

開(kāi)環(huán)條件下運(yùn)放能達(dá)到的最大增益

(12)開(kāi)環(huán)帶寬:

開(kāi)環(huán)帶寬定義為，將一個(gè)恒幅正弦小信號(hào)輸入到運(yùn)放的輸入端，從運(yùn)放的輸出端測(cè)得開(kāi)環(huán)電壓增益從運(yùn)放的直流增益下降3db（或是相當(dāng)于運(yùn)放的直流增益的0.707）所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率。這用于很小信號(hào)處理。

(13)單位增益帶寬GBW:

單位增益帶寬定義為，運(yùn)放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個(gè)恒幅正弦小信號(hào)輸入到運(yùn)放的輸入端，從運(yùn)放的輸出端測(cè)得閉環(huán)電壓增益下降 3db（或是相當(dāng)于運(yùn)放輸入信號(hào)的0.707）所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率。注意:單位增益帶寬是一個(gè)很重要的指標(biāo)，對(duì)于正弦小信號(hào)放大時(shí)，單位增益帶寬等于輸入信號(hào)頻率與該頻率下的最大增益的乘積，換句話說(shuō)，就是當(dāng)知道要處理的信號(hào)頻率和信號(hào)需要的增益后，可以計(jì)算出單位增益帶寬，用以選擇合適的運(yùn)放。這項(xiàng)參數(shù)用于小信號(hào)處理中運(yùn)放選型。

(14)壓擺率（轉(zhuǎn)換速率）SR：

運(yùn)放接成閉環(huán)條件下，將一個(gè)大信號(hào)（含階躍信號(hào)）輸入到運(yùn)放的輸入端，從運(yùn)放的輸出端測(cè)得運(yùn)放的輸出上升速率。由于在轉(zhuǎn)換期間，運(yùn)放的輸入級(jí)處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以運(yùn)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(wú)關(guān)。注意:轉(zhuǎn)換速率對(duì)于大信號(hào)處理是一個(gè)很重要的指標(biāo)，對(duì)于一般運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率SR<=10V/μs，高速運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率SR>10V/μs。目前的高速運(yùn)放最高轉(zhuǎn)換速率SR達(dá)到 6000V/μs。這用于大信號(hào)處理中運(yùn)放選型。

(15)全功率帶寬：

在額定的負(fù)載時(shí)，運(yùn)放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個(gè)恒幅正弦大信號(hào)輸入到運(yùn)放的輸入端，使運(yùn)放輸出幅度達(dá)到最大（允許一定失真）的信號(hào)頻率。這個(gè)頻率受到運(yùn)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(yùn)放的峰值輸出幅度）。全功率帶寬是一個(gè)很重要的指標(biāo)，用于大信號(hào)處理中運(yùn)放選型。

3、根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求確定運(yùn)放的關(guān)鍵參數(shù)

前面我們介紹了運(yùn)放的一些參數(shù)，接下來(lái)我們用一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)來(lái)分析確定運(yùn)放的關(guān)鍵參數(shù)。

(1)、下圖是一個(gè)充電器充電電流檢測(cè)和充電狀態(tài)指示電路

英銳芯LM358做比較器檢測(cè)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(jì)這個(gè)電路之前我們要考慮那些參數(shù)呢？

1、要確定該充電器的輸出電壓大小以及波動(dòng)幅度

參數(shù)1決定我們選擇運(yùn)放的耐壓以及運(yùn)放的電源電壓抑制比

2、要確定充電器的最大充電電流和電池充滿狀態(tài)時(shí)的最小充電電流

參數(shù)2是該電路考慮的重點(diǎn)，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(shí)采樣電阻上面產(chǎn)生的壓降就會(huì)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(yùn)放的輸入失調(diào)電壓大小，如果運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓高于我們?cè)O(shè)定的比較器參考電壓，那么就會(huì)出現(xiàn)在充電狀態(tài)誤指示的情況。

通過(guò)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(yùn)放的參數(shù)，根據(jù)運(yùn)放腳位設(shè)計(jì)原理圖，通過(guò)計(jì)算確定運(yùn)放外圍電路的具體參數(shù)。最后再進(jìn)行審核優(yōu)化。我們上面的原理圖其實(shí)存在一些缺陷，比如比較的參考電壓是VCC通過(guò)電阻分壓得到的，如果說(shuō)VCC有波動(dòng)，那么參考電壓也會(huì)波動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致還沒(méi)有到電池充滿狀態(tài)，指示燈也轉(zhuǎn)燈或者燈會(huì)閃爍的情況。

審核編輯黃宇