运算放大器选型之十大要点

最新推荐文章于 2025-11-07 11:11:42 发布

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本文详细介绍了运算放大器（运放）在实际应用中常见的十个误区，包括轨到轨输出误解、输入偏置电流影响、电源抑制比（PSRR）的误判、不当补偿电容的使用、共模输入范围限制、忽视压摆率、电流反馈运放的反馈电阻、仪用放大器AD620的失效情况、ADC采样时间和运放响应时间的匹配问题，以及功耗计算错误。通过这些解析，帮助工程师避免设计陷阱，提高电路性能。

1.轨到轨（rail to rail）

很多时候运放输出电压到不了电源轨，这种情况多是没有选择具有轨到轨功能的运放，有轨到轨的一般手册上都会标注。
那么有时候即使选择了具有轨到轨功能的运放，为什么输出电压还是到不了电源轨呢？
看看我常用的某公司对轨到轨运放产品的介绍：“高速(>50MHz))轨到轨运算放大器支持以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。”看到没有：

“以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。”
“更接近供电轨的摆幅”
“更接近”
“接近”
…
看一个轨到轨运放的手册：
在这里插入图片描述
输出电压还是到不了5V，基本都是4.97V，4.98V,这是为什么呢？
运放的输出级可以简化为下面这种的结构形式：

由于MOS管有导通电阻，当流过电流时，导致了电压降，因此，当负载越大时，导通压降越大，输出电压越不能达到轨。

所以说，
轨到轨运放不是完全的可以使输出到达电源值，要使用的时候，还需要看负载和温度(影响导通电阻阻值)的关系来决定输出能达到多大电压。

2.不可忽略的输入偏置电流

设计了一个分压电路，理论上输入1V，输出2V，可是一测，总是多了近6，7百个mV。这要是进12位3V量程ADC，可是要吃掉600多个码。
在这里插入图片描述
原来运放正向输入端和反向输入端由于TVS漏电流和管子输入偏置电流，导致了两个输入端存在输入偏置电流(而且由于没有任何一个器件和另外一个器件一模一样，这两者输入偏置电流还不尽相同);这两个偏置电流会与外部电阻一起形成偏置电压后，输出到后端，形成误差。如果你不巧选择了一个基于BJT设计的运放，它具有较大的输入偏置电流，就会造成很大的后级误差。如下图这种运放，误差会特别大。在这里插入图片描述
下面假设，两个输入端的输入偏置电流相同。

对于，正向输入端来说，Ib+带来偏置电压几乎等于0，而对于反向输入端来说，Ib-带来的偏置电压等于350mV

[7uA电流乘以并联的50k电阻计算可得350mV]

(计算时，假设Vout接地，相当于（R1//R2)。因此，需要的是在正向输入端增加一个电阻，来补偿反向输入端带来的误差。
在这里插入图片描述
正如前文所述，正反相输入偏置电流不尽相同，补偿只能减小失调电压，而正反相输入偏置电流差也称为失调电流。在进行高精度或小信号采样时，可以选用低失调电流运放，因为加入补偿电阻，也代入了一个新的噪声源，要慎重加入。
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