运算放大器电路 和技术术语

一   同相放大器工作原理

二 UA741芯片引脚图

三

四 差动放大器

五 放大倍数的计算

六 加法放大器

七 加减法放大器

八 开环频率响应曲线

九 理想运算放大器的等效电路

十同相反相放大器分析

十一  同相反相放大器分析

十二  运算放大器差分放大电路

十三 运算放大器的带宽

十四 运算放大器的电压增益

十五  LM258

运算放大器常用术语和规格参数

1)输入失调电压（VOS）：即输入Offset Voltage，

该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。即定义为集成运放
输出端电压为零时，两个输入端之间所加的补偿电压。输入失调电压实际上反映了

运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。输入失调电压是运放
的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与

制造工艺有一定关系，其中双极型工艺的输入失调电压在±1~10mV之间；采用场效
应管做输入级的，输入失调电压会更大一些；对于精密运放，输入失调电压一般

在 1mV以下。输入失调电压越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。所
以对于精密运放是一个极为重要的指标。

2)输入失调电压温漂（TCVOS）：该参数

指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以μV/℃为单位表示。 

3)输入失调
电流（IOS）：即Input Offset Current，输入失调电流定义为当运放的输出直流

电压为零时，其两输入端偏置电流的差值。输入失调电流同样反映了运放内部的
电路对称性，对称性越好，输入失调电流越小。输入失调电流是运放的一个十分重要

的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏置
电流的百分之一到十分之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有

重要影响，特别是运放外部采用较大的电阻（例如10k或更大时），输入失调电流

对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失调电流越小，直流放大

时中间零点偏移越小，越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。

4)输入失调电流温漂（TCIOS）：该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。

TCIOS通常以pA/℃为单位表示。 
5)输入偏置电流（IB）：即Input bias 
current，该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流，也定义为当

运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏置电流平均值。
6)输入偏置电流
温漂（TCIB）：该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。TCIB通常

以pA/℃为单位表示。 
7)共模输入阻抗/电阻（RINCM）：该参数表示运算放大器
工作在线性区时，输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。

即运放工作在输入共模信号时（运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变
化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共模电阻。
8)差模

输入阻抗/电阻（RIN）：该参数表示运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量
与对应的输入端电流变化量的比值。在一个输入端测量时，另一输入端接固定的

共模电压。差模输入阻抗输入电阻和输入电容，在低频时仅指输入电阻。。
9)输入
电容（CIN）：CIN表示运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容

（另一输入端接地）。
10)输入电压范围（VIN）：该参数指运算放大器正常工作（可
获得预期结果）时，所允许的输入电压的范围，VIN通常定义在指定的电源电压下。

11)差模输入电压范围：最大差模输入电压定义为，运放两输入端允许加的最大
输入电压差。当运放两输入端允许加的输入电压差超过最大差模输入电压时，可能

造成运放输入级损坏。

12)共模输入电压范围（Common Mode Input Voltage 
Range）：最大共模输入电压定义为，当运放工作于线性区时，在运放的共模抑制

比特性显著变坏时的共模输入电压。一般定义为当共模抑制比下降6dB 是所对应
的共模输入电压作为最大共模输入电压。最大共模输入电压限制了输入信号中的

最大共模输入电压范围，在有干扰的情况下，需要在电路设计中注意这个问题。

13)电压噪声（Voltage Noise）：等效输入噪声电压（Equivalent Input Noise Voltage）

等效输入噪声电压定义为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出
端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，

就称为运放输入噪声电压（有时也用噪声电流表示）。对于宽带噪声，普通运放的输入
噪声电压有效值约10~20uV。

14)输入电压噪声密度（en, Voltage Noise Density）：对于运算放大器，

输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联
噪声电压源，en通常以（每根号赫兹纳伏）为单位表示，定义在指定频率。 

15)输入电流噪声密度（in, Current Noise Density）：对于运算放大器，输入电
流噪声可以看作是两个噪声电流源，连接到每个输入端和公共端，通常以（每根号赫兹p安培）

为单位表示，定义在指定频率。

16)输出阻抗（ZO）：该参数是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部等效小信号阻抗。

即在运放的输出端加信号电压，这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指

运放的输出电阻。这个参数在开环的状态下测试。

17)输出电压摆幅（VO）：该参数是指输出

信号不发生箝位的条件下能够达到的最大电压摆幅的峰峰值，VO一般定义在特定的负载电阻和

电源电压下。 

18)压摆率（SR，Slew Rate）：该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比

的最大值。SR通常以V/μs为单位表示，有时也分别表示成正向变化和负向变化。 

SR一般定义在特定的负载电阻下，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）

输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间，

运放的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作 用，也就是转换速率与闭环增益无关。

转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标，对于一般运放转换速率SR<=10V/μs，高速运放

的转换速率 SR>10V/μs。目前的高速运放转换速率SR可达6000V/μs。
19)建立时间（Settling Time）

：表示大信号工作时运放性能的一个重要参数，是指运放接成跟随器（或增益为-1的反向放大器），

输入阶跃大信号Vi，输出电压从开始响应道稳定值为止的时间。稳定值的误差范围一般为Vi的0.1%。

建立时间即表示了运放的转换速率，又表示了其阻尼特性（与相位裕度Phase Margin有关）。
20)相位
裕度（Phase Margin）：为保证运放工作的稳定性，当增益下降到0dB时，相位的移动应小于180度。

相位裕度可以看作是系统进入不稳定状态之前可以增加的相位变化，相位裕度越大，系统越稳定，

但同时时间响应速度减慢了，因此必须要有一个比较合适的相位裕度。首先定义使增益幅值等于1的

频率点为“增益交点”（gain crossover point），设为频率点w1；定义使得增益相位即环路

相移等于180°的频率点为“相位交点”（phase crossover point），设为频率点w2。相
位裕度的定义为：运算放大器在增益交点频率时增益的相位，与相位交点的相位即180°的差值，

表达式为PM= 180°－∠Av(w1)。∠Av(w1)为增益1时的环路相移。例如输出端和输入端反相，

输入输出相位差为180最稳定，由于环路相移，输出相位向0移动，所以相位裕度=180°－环路相移，

如果输出端和输入端同相，输入输出相位差为0最稳定，由于环路相移，输出相位向180°移动，

同样相位裕度=180°－环路相移。经研究发现，相位裕度至少要45，最好是60。

21)增益裕度：为保证运放稳定性，除相位裕度外，还应保证：当相位移动达到180度时，相位交点

的增益要小于0dB，一般要有10dB裕量，即当相位移动达到180度时，增益要小于-10dB

22)过载恢复时间（Overload Recovery Time）：当运算放大器过载时，有时仅几毫伏也可能导致过载，

其中有些放大级可能发生饱和。这种情况下，器件需要相对较长的时间从饱和中恢复。引起过载的

原因主要与放大器的耦合电容充放电有关。抗过载性能可用“过载恢复时间”来表示，其定义为：

在给定过载程度的条件下如超过正常信号值得200倍到1000倍，放大器输出波形回到基线并保持在

基线附近最大额定输出电压±1%的一个带内，小信号增益已回到正常时所需要的时间。时间越短，性能越好。

23)开环电压增益（Open-Loop Gain）、大信号电压增益（Large Signal Voltage Gain）：在不具负反馈情况下(开环路状况下)，运算放大器的放大倍数称为开环增益（开环差模电压增益），记作AVO，有的手册上写成Large Signal Voltage Gain。AVO的理想值为无限大，一般约为数千倍至数万倍，其表示法有使用dB及V/mV等。

24)闭环电压增益（Closed-Loop Gain）：就是在有反馈的情况下，运算放大器的放大倍数。

25)单位增益带宽、开环增益带宽：单位增益带宽指开环差模电压增益下降到1时运算放大器的最大工作频率。下降到直流增益的-3db（1/根号2倍）时所对应的频带宽度，称为运放的3db开环增益带宽。
26)增益带宽积（GBP，Gain Bandwidth Product)：增益带宽积AOL*?是一个常量，定义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。单位增益带宽和带宽增益积这两个概念有些相似，但不同。这里需要说明的是对电压反馈型运放来说，增益带宽积是一个常量，这时单位增益带宽和带宽增益积应该一样。而对于电流型运放来说却不是这样的，因为对于电流型运放而言，带宽和增益不是一个线性的关系。

27)共模抑制比（CMRR，Common-Mode Rejection Ratio）：共模抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放开环差模增益与开环共模增益的比值。是指差分放大器对同时加到两个输入端上的共模信号的抑制能力。更确切的说，CMRR是产生特定输出所需输入的共模电压与产生同样输出所需输入的差分电压的比值。

28)直流共模抑制（CMRDC）：该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。CMRDC可以用共模电压范围(CMVR)与该范围内对应的输入失调电压变化的峰峰值进行计算，即。

29)交流共模抑制（CMRAC）：CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力，是差模开环增益除以共模开环增益的函数。CMRAC通常定义在特定频率和整个直流共模电压范围，，其中，。

30)电源抑制比（PSRR，Power Supply Rejection Ratio）：该参数用来衡量在电源电压变化时运算放大器保持其输出不变的能力，PSRR通常用电源电压变化时所导致的输入失调电压的变化量表示，。

31)电源电流（ICC、IDD）：该参数是在指定电源电压下器件消耗的静态电流，这些参数通常定义在空载情况下。

32)功耗（Pd）：表示器件在给定电源电压下所消耗的静态功率，Pd通常定义在无负载情况下。