一、運算放大器的分類及特點

自模擬運算放大器誕生以來已有40多年的歷史。最早的工藝是采用硅NPN工藝，后來改進為硅NPN-PNP工藝（以下簡稱標準硅工藝）。結場效應晶體管（JFET）技術成熟后，又進一步加入了JFET工藝。當MOS管技術成熟時。特別是在CMOS技術成熟后，模擬運算放大器有了質的飛躍。一方面解決了低功耗的問題;另一方面，通過使用混合模擬和數(shù)字電路技術解決了直流小信號的直接處理問題。

經過多年的發(fā)展，模擬運算放大器技術已經非常成熟，性能完美，種類繁多。這使得初學者不知道如何選擇合適的。為了方便初學者選擇，本文采用過程分類和功能/性能分類等兩種分類方法對集成模擬運算放大器進行分類，便于讀者理解，這種方法可能與通常的分類方法不同。

1.1 基于制造工藝的分類

根據(jù)制造工藝，目前使用的集成模擬運算放大器可分為標準硅工藝運算放大器、在標準硅工藝中結合JFET工藝的運算放大器和在標準硅工藝中結合MOS工藝的運算放大器。按工藝分類是為了方便初學者了解處理技術對集成模擬運算放大器性能的影響，快速掌握運算放大器的特性。

基于標準硅工藝的集成模擬運算放大器的特點是低開環(huán)輸入阻抗、低輸入噪聲、增益略低、成本低、精度低、功耗高。這是因為標準硅工藝的集成模擬運算放大器內部都是NPN-PNP管。考慮到頻率特性，中間增益級不能太多，這樣會使總增益變小，一般在80~110dB之間。標準硅工藝可與激光校正技術相結合，大大提高集成模擬運算放大器的精度。目前溫度漂移參數(shù)可達0.15ppm。通過改變標準的硅工藝，我們可以設計通用運算放大器和高速運算放大器。典型的例子是LM324。

在標準硅工藝中采用JFET工藝的運算放大器主要是將標準硅工藝的集成模擬運算放大器的輸入級改進為JFET，大大提高了運算放大器的開環(huán)輸入阻抗，并順便提高了通用運算放大器的轉換速度。其他集成模擬運算放大器類似于標準硅工藝運算放大器。典型的開環(huán)輸入阻抗約為1000m歐姆。典型的例子是TL084。

在標準硅工藝中采用MOS工藝的運算放大器分為三類：

（1）第一種是將標準硅工藝中集成模擬運算放大器的輸入級改進為MOS

FET，與JFET相比，大大提高了運算放大器的開環(huán)輸入阻抗，提高了通用運算放大器的轉換速度。其他集成模擬運算放大器類似于標準硅工藝運算放大器。典型的開環(huán)輸入阻抗約為
10 ^ 12 歐姆。典型的例子是CA3140。

（2）第二種是采用全MOS FET技術的模擬運算放大器，大大降低了功耗，但電源電壓降低，功耗大大降低。其典型的開環(huán)輸入阻抗約為 10 ^ 12歐姆。

（3）第三類是采用全MOS

FET技術的模擬數(shù)字混合運算放大器，主要用于利用斬波穩(wěn)定技術提高直流信號的處理精度。輸入失調電壓可達0.01uV。溫度漂移參數(shù)可達0。目前為 02

頁/分鐘。在處理直流信號時接近理想的運算放大器特性。其典型的開環(huán)輸入阻抗約為 10 ^ 12 歐姆。典型的例子是ICL7650.1。

1.2 基于功能/性能的分類

根據(jù)功能/性能分類，模擬運算放大器一般可分為通用運算放大器、低功耗運算放大器、精密運算放大器、高輸入阻抗運算放大器、高速運算放大器、寬帶運算放大器和高壓運算放大器。還有一些特殊的運算放大器，如可編程運算放大器、電流運算放大器、電壓跟隨器等。事實上，為了滿足應用的需要，運算放大器有很多種。本文基于上述簡單的分類法。

也就是說，隨著技術的進步，分類門檻一直在變化。例如，之前的LM108最初被歸類為精密運算放大器，現(xiàn)在只能歸類為通用運算放大器。此外，還有低功耗和高輸入阻抗的運算放大器，或者類似地，它也可能屬于不止一類。

通用運算放大器是最便宜的運算放大器，具有最基本的功能。這種類型的放大器使用最廣泛。

在通用運算放大器的基礎上，大大降低了低功耗運算放大器的功耗。它可用于功耗有限的場所，例如手持設備（PDA）。它具有低靜態(tài)功耗和低至接近電池電壓的低工作電壓。此外，它可以在低壓級保持良好的電氣性能。隨著MOS技術的發(fā)展，低功耗放大器不再是單個現(xiàn)象。低功耗運算放大器的靜態(tài)功耗一般小于1

MW。

精密運算放大器是一種集成運算放大器，具有非常低的漂移和噪聲以及非常高的增益和共模抑制比，也稱為低漂移運算放大器或低噪聲運算放大器。這類運算放大器的溫度漂移一般低于1uV/°C。由于技術進步，早期部分運算放大器的失調電壓相對較高，可能高達1

mV;現(xiàn)在精密運算放大器的失調電壓可以達到0.1 mV;采用斬波穩(wěn)定技術的精密運算放大器的失調電壓可達0.005

mV。精密運算放大器主要用于需要放大處理精度的領域，如自動儀表等。

高輸入阻抗運算放大器通常是指以JFET或MOS管作為輸入級的集成運算放大器。這包括帶有全MOS管的集成運算放大器。高輸入阻抗運算放大器的輸入阻抗一般大于109歐姆。作為高輸入阻抗運算放大器的一個側面特征，轉換速度相對較高。高輸入阻抗運算放大器被廣泛使用。例如，采樣保持電路、積分器、對數(shù)放大器、儀表放大器、帶通濾波器等。

高速運算放大器是一種具有高轉換速度的運算放大器。通常，轉換速度在100V /

us以上。高速運算放大器用于高速AD/DA轉換器、高速濾波器、高速采樣保持、鎖相環(huán)、模擬乘法器、保密比較和視頻電路。目前，最高轉換速度可以達到6，000 V /

us。

寬帶運算放大器是指具有-3dB帶寬（BW）的集成運算放大器，其帶寬比一般運算放大器寬得多。許多高速運算放大器具有寬帶寬，也可以稱為高速寬帶運算放大器。這種分類是相對的。同一運算放大器在不同工作條件下的分類可能會有所不同。寬帶運算放大器主要用于處理輸入信號的帶寬更寬的電路。

高壓運算放大器旨在滿足高輸出電壓或高輸出功率的要求。它主要用于解決耐壓、動態(tài)范圍和功耗問題。高壓運算放大器的電源電壓可以高于±20

VDC。輸出電壓可以高于±20 VDC。

二、運算放大器的主要參數(shù)

集成運算放大器的參數(shù)很多，其中主要參數(shù)是直流參數(shù)和交流參數(shù)。

主要的直流參數(shù)包括輸入失調電壓、輸入失調溫度漂移（稱為輸入失調電壓漂移）、輸入偏置電流、輸入失調電流、輸入失調電流溫度漂移（簡稱輸入失調電流漂移）、差模開環(huán)直流電壓增益、共模抑制比、電源電壓抑制比、輸出峰值點電壓、

最大共模輸入電壓和最大差模輸入電壓。

主要交流參數(shù)包括開環(huán)帶寬、單位增益帶寬、轉換速率SR、全功率帶寬、內置時間、等效輸入噪聲電壓、差模輸入阻抗、共模輸入阻抗和輸出阻抗。

讓我們以NE5532為例：

2.1 直流參數(shù)

以下是NE5532的直流電氣特性：

輸入失調電壓 VIO

輸入失調電壓定義為集成運算放大器輸出電壓為零時兩個輸入端子之間的補償電壓。輸入失調電壓實際上反映了運算放大器的內部電路對稱性。對稱性越好，輸入失調電壓越小。輸入失調電壓對運算放大器非常重要，特別是對于精密放大器或直流放大器。因此，它是精密運算放大器的一個極其重要的參數(shù)。

輸入失調電壓溫度漂移 αVIO （ 輸入失調電壓漂移）

輸入失調電壓溫度漂移定義為給定溫度范圍內輸入失調電壓變化與溫度變化之比。該參數(shù)實際上是對輸入失調電壓的補充。它可以輕松計算放大器在給定工作范圍內由于溫度變化引起的漂移。一般運算放大器的輸入失調電壓在±10~20μV/°C范圍內。精密運算放大器的輸入失調電壓溫度漂移小于±1μV/°C。

輸入偏置電流 IIBS

輸入偏置電流定義為運算放大器的輸出直流電壓為零時兩個輸入端子之間的平均偏置電流。輸入偏置電流與制造工藝有關。雙極性工藝（即上述標準硅工藝）的輸入偏置電流在±10nA~1μA之間。以FET為輸入級的放大器的輸入偏置電流一般小于1nA。

輸入失調電流IIO

輸入失調電流定義為放大器的輸出直流電壓為零時兩個輸入端子之間的偏置電流差。輸入失調電流也反映了放大器內部電路的對稱性。對稱性越好，輸入失調電流越小。輸入失調電流對運算放大器非常重要，特別是對于精密放大器或直流放大器。

輸入失調電流溫度漂移 αVIO （ 輸入失調電流漂移）

輸入失調電流溫度漂移定義為給定溫度范圍內輸入失調電流變化與溫度變化之比。該參數(shù)實際上是對輸入失調電流的補充。它可以輕松計算放大器在給定工作范圍內由于溫度變化引起的漂移。

最大共模輸入電壓

當放大器工作在線性區(qū)域且共模抑制比（CMR）明顯變差時，最大共模輸入電壓定義為運算放大器的共模輸入電壓。共模輸入電壓一般定義為共模抑制比降低到6dB時的最大共模輸入電壓。最大共模輸入電壓限制輸入信號中的最大共模輸入電壓。在發(fā)生干擾的情況下，在電路設計中應注意這個問題。

共模抑制比

共模抑制比定義為運算放大器處于線性區(qū)域時差模增益與共模增益之比。共模抑制比是一個非常重要的參數(shù)，它可以抑制差模輸入。正常工作時的共模抑制比在 80 到

120 dB 之間。

輸出的峰值點電壓

輸出的峰值點電壓定義為運算放大器在線性區(qū)域和指定負載下工作時，由大電源電壓供電時，運算放大器可以輸出的最大電壓幅度。

2.2 交流參數(shù)

以下是NE5532的交流電氣特性：

開環(huán)帶寬

開環(huán)帶寬定義為當一個小幅度正弦信號輸入到運算放大器輸入時對應的信號頻率，測得的開環(huán)電壓增益從運算放大器的直流增益下降3db（或相當于運算放大器的直流0.707增益）。這用于非常小的信號處理。

統(tǒng)一增益帶寬 GB

單位增益帶寬定義為當小幅度正弦信號輸入運算放大器輸入時相應的信號頻率，測得從運算放大器的輸出閉環(huán)電壓增益下降3db（或相當于運算放大器輸入信號的0.707）。單位增益帶寬是一個非常重要的指標。對于正弦小信號放大，單位增益帶寬等于輸入信號頻率與該頻率下最大增益的乘積。換句話說，當知道要處理的信號頻率和信號時，可以計算單位增益帶寬并選擇合適的運算放大器。這適用于小信號處理中的運算放大器選擇。

壓擺率 SR

運算放大器的壓擺率定義為在運算放大器連接到閉環(huán)的情況下，當大信號（包括階躍信號）輸入到運算放大器的輸入端時，放大器輸出端測得的放大器的輸出速率是大信號處理的一個非常重要的指標。對于一般運算放大器，壓擺率為SR

《= 10V/μs;對于高速運算放大器，壓擺率為SR》

10V/μs。目前的高速運算放大器最大壓擺率SR已達到6000V/μs。這用于大信號處理中的運算放大器選擇。

全功率帶寬 FPBW

全功率帶寬定義為運算放大器以全功率工作的頻率范圍。該頻率受運算放大器壓擺率的限制。大約，全功率帶寬 = SR/ 2πVop（Vop

是運算放大器的峰值輸出幅度）。全功率帶寬是大信號處理中運算放大器選擇的一個非常重要的指標。

差模輸入阻抗（輸入阻抗）

差模輸入阻抗（DMI）定義為運算放大器在線性區(qū)域工作時，兩個輸入端子之間的電壓變化與相應輸入電流的比值。差模輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容。在低頻時，它僅指輸入電阻。一般產品僅提供輸入電阻。采用雙極晶體管作為輸入級的運算放大器的輸入電阻不超過10兆歐姆;場效應晶體管（FET）在輸入級的輸入電阻通常大于109歐姆。

輸出阻抗

輸出阻抗定義為將信號電壓添加到線性區(qū)域中工作的運算放大器的輸出時，該電壓變化與相應電流變化的比率。。在低頻時，它僅指運算放大器的輸出電阻。