详细分析运算放大器的特点、工艺、功能、性能、参数、指标以及运算放大器的信号放大和运算放大器的选型示例，并列举了常见的运算放大器!

1. 模拟运算放大器的分类与特性

模拟运算放大器自诞生至今已有40多年的历史。最早的工艺是使用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN- pnp工艺(后来称为标准硅工艺)。在结场效应管技术成熟后，进一步增加闭合场效应管技术。当MOS管技术成熟，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过模拟和数字混合电路技术，解决了直接直流小信号处理的问题。

经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经十分成熟，性能完善，品种繁多。这使得初学者在选择时不知道该怎么做。为了方便初学者的选择，本文对集成模拟运算放大器采用两种分类方法，即过程分类和功能/性能分类，这两种分类方法易于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。

1.1. 根据制造工艺分类

根据制造工艺，目前使用的集成模拟运放可分为标准硅制程运放、在标准硅制程上增加终端场效应管制程的运放和在标准硅制程上增加MOS制程的运放。工艺分类是为了方便初学者了解处理工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运算放大器的特性。

采用标准硅技术的集成模拟运算放大器具有低开环输入阻抗、低输入噪声、略低增益、较低成本、较低精度和较高功耗等特点。这是因为标准硅制程的集成模拟运算放大器内部都采用了NPN-PNP管。它们是电流型器件，具有低输入阻抗、低输入噪声、低增益和高功耗。即使输入级采用各种技术改进，在兼顾能力的前提下，仍然无法摆脱输入阻抗低的问题。典型的开环输入阻抗约为1M欧姆。为了考虑频率特性，中间增益级不宜过多，使总增益较小，一般在80 ~ 110dB之间。标准硅工艺可与激光校正技术相结合，大大提高集成模拟运算放大器的精度，目前温度漂移指数可达0.15ppm。通过改变标准的硅工艺，可以设计出通用的、高速的运放。典型的例子是LM324。

在标准硅技术中加入封闭型场效应管(FET)技术的运放，主要是为了将标准硅技术集成模拟运放的输入级提高到结型场效应管，从而大大提高运放的开环输入阻抗，进而提高通用运放的转换速度。其他东西类似于集成模拟运放与标准硅技术。典型的开环输入阻抗约为1000M欧姆。典型的例子是TL084。

在标准硅技术中加入MOS场效应技术的运算放大器可分为三类。一是将采用标准硅技术的集成模拟运算放大器的输入级改进为MOS场效应器，与结场效应器相比，大大提高了运算放大器的开环输入阻抗，相应提高了一般运算放大器的转换速度。其他集成模拟运算放大器类似于标准硅工艺。典型的开环输入阻抗约为10^12欧姆。典型的例子是CA3140。

第二类是模拟运算放大器采用全MOS场效应管技术，它大大降低了功耗，但电源电压降低，功耗也大大降低，其典型的开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。

第三类是采用全MOS场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器，采用所谓斩波稳零技术，主要用于提高直流信号的处理精度，输入偏置电压可达0.01uV，温度漂移指数可达0.02ppm。在直流信号处理方面接近理想运放特性。其典型的开环输入阻抗约为10^12欧姆。典型产品为ICL7650。

1.2. 按功能/性能分类

这种分类方法指的是集成运算放大器《中国集成电路大全》。

模拟运放按功能/性能分类，一般可分为普通运放、低功率运放、精密运放、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放，以及一些特殊运放，如程控运放、电流运放、电压从动器等。实际上，为了满足应用的需要，运算放大器有很多种。本文就是基于以上的简单分类。

通用运放实际上是最便宜的运放，具有最基本的功能。这种运放用途广泛，使用最多。

低功率运算放大器在通用运算放大器的基础上大大降低了功耗。可用于手持设备等耗电量大的场所。静态功耗低，工作电压可低至电池电压，在低电压下仍能保持良好的电气性能。随着MOS技术的发展，小功率运算放大器不再是一个孤立的现象。小功率运放的静功率一般小于1mW。

精密运放是指具有极低漂移和噪声、极高增益和共模抑制比的集成运放，又称低漂移运放或低噪声运放。这类运放的温度漂移一般小于1uV/c，由于技术的进步，一些早期运放的偏置电压比较高，可能达到1mV。目前精密运放的失调电压可达0.1mV;采用斩波稳零技术的精密运放的偏置电压可达0.005mV。精密运算放大器主要应用于对放大处理精度有要求的场所，如自动控制仪表等。

高输入阻抗运算放大器一般是指以结场效应管或MOS管为输入电平的集成运算放大器，包括全部MOS管制成的集成运算放大器。高输入阻抗运放的输入阻抗一般大于109欧姆。高输入阻抗运放的副产品是相对较高的转换速度。高输入阻抗运算放大器的应用非常广泛，如采样保持电路、积分器、对数放大器、测量放大器、带通滤波器等。

高速运放是指具有高转换速度的运放。一般转换速度在100V/us以上。高速运算放大器用于高速AD/DA转换器、高速滤波器、高速采样和保持、锁相环路、模拟乘法器、机密比较器和视频电路。目前最高转换速度可达6000V/us。

宽带运放是指带宽为-3dB (BW)的集成运放，比一般运放宽得多。许多高速运放具有较宽的带宽，也称为高速宽带运放。这种分类是相对的，在不同的使用条件下，同样的操作可能会有不同的分类。宽带运算放大器主要用于处理宽带电路的输入信号。

高压运算放大器是为了解决高输出电压或高输出功率的要求而设计的。在设计中，主要解决电路的耐压、动态范围和功耗。高压运算放大器的供电电压和输出电压可大于20VDC。当然，高压运算放大器可以被输出后带有可扩展晶体管/MOS管的通用运算放大器所取代。

2. 运算放大器的主要参数

本节以《中国集成电路大全》集成运算放大器为主要参考资料，以及其他相关资料。

集成运算放大器有很多参数，其中主要参数分为直流指标和交流指标。

主要直流指标包括输入偏置电压、输入偏置电压温度漂移(简称输入偏置电压温度漂移)、输入偏置电流、输入偏置电流、输入偏置电流温度漂移(简称输入偏置电流温度漂移)、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源抑制比、输出峰峰电压、最大共模输入电压等。最大差分模式输入电压。

主要交流参数有开环带宽、单位增益带宽、转换率SR、全功率带宽、设置时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗和输出阻抗。

2.1直流指示灯

输入失调电压VIO:输入失调电压定义为当集成运算放大器的输出电压为零时，两个输入端之间施加的补偿电压。输入偏置电压实际上反映了运算放大器内部电路的对称性，对称性越好，输入偏置电压越小。输入偏置电压是运算放大器的一个非常重要的指标，特别是当它用于精密放大或直流放大时。输入偏置电压与制造工艺有一定的关系。双极工艺(即上述标准硅工艺)的输入偏置电压在1~10mV之间。如果使用场效应管作为输入级，则输入偏置电压会更大。对于精密运放，输入偏置电压一般小于1mV。输入偏置电压越小，直流放大时的中间零偏差越小，处理起来越容易。因此，它是精密运算放大器的一个非常重要的指标。

输入偏置电压温度漂移(以下简称输入偏置电压温度漂移)VIO:输入偏置电压温度漂移定义为在给定温度范围内输入偏置电压变化量与温度变化量之比。该参数实际上是对输入偏置电压的补充，便于计算给定工作范围内由于温度变化引起的放大电路漂移的大小。普通运放的输入偏置电压温度漂移范围为10 ~ 20V/C，精密运放的输入偏置电压温度漂移范围小于1V/C。

输入偏置电流IIB:输入偏置电流定义为当运放输出直流电压为零时，两个输入端偏置电流的平均值。输入偏置电流对高阻信号放大、积分器电路等输入阻抗要求有很大影响。输入偏置电流与制造工艺有一定的关系。双极工艺(即标准硅工艺)的输入偏置电流范围为10nA至1A。采用场效应管作为输入级时，输入偏置电流一般小于1nA。

输入偏置电流IIO:输入偏置电流定义为当运放输出直流电压为零时，运放两个输入的偏置电流之差。输入失平衡电流也反映了运算放大器内部电路的对称性。对称性越好，输入不平衡电流越小。输入偏置电流是运算放大器，尤其是精密运算放大器或用于直流放大的运算放大器的一个非常重要的指标。输入偏置电流约为输入偏置电流的十分之一到十分之一。输入偏置电流对小信号精度放大或直流放大有重要影响，特别是当运放使用大电阻(例如10k?或更大)，输入偏置电流对精度的影响可能超过输入偏置电压。输入不平衡电流越小，直流放大时的中间零偏差越小，处理起来越容易。因此，它是精密运算放大器的一个非常重要的指标

输入偏置电流温度漂移(简称输入偏置电流温度漂移):输入偏置电流的温度漂移定义为给定温度范围内输入偏置电流变化与温度变化之比。该参数实际上是对输入不平衡电流的补充，便于计算给定工作范围内放大电路温度变化引起的漂移大小。输入偏置电流的温度漂移一般只在精密运算放大器参数中给出，并且用于直流信号处理或小信号处理时需要关注。

差分模开环直流电压增益：差分模开环直流电压增益定义为当运算放大器工作在线性区域时，运算放大器的输出电压与差分模电压的输入电压之比。由于差模开环直流电压增益非常大，所以大多数运放的差模开环直流电压增益一般在几万倍以上。直接表示数值不方便，所以一般采用分贝法进行记录和比较。一般运放的差分模开环直流电压增益范围为80 ~ 120dB。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数。为了便于比较，一般采用差分模式开环直流电压增益

共模抑制比：共模抑制比的定义是当运算放大器工作在线性区域时，差分模式增益与共模增益之比。共模抑制比是抑制差分模输入==模干扰信号的一个重要指标。由于高共模抑制比，大多数运放的共模抑制比是数万倍甚至更多。用数值直接表示比较不方便，所以一般采用分贝的方式进行记录和比较。普通运放的共模抑制比范围为80db ~ 120dB。

电源电压抑制比：电源电压抑制比的定义是当运放工作在线性区域时，运放输入偏置电压与电源电压的比值。电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。目前，电源的电压抑制比只能达到80dB左右。因此，在用于直流信号处理或小信号处理模拟放大时，运算放大器的电源需要经过仔细的处理。当然，具有高共模抑制比的运放可以补偿部分电源电压抑制比。另外，使用两个电源时，正负电源的电源电压抑制比可能不一样。

输出峰峰电压：输出峰峰电压定义为运算放大器在给定负载下工作在线性区，在当前较大的电源电压下，所能输出的最大电压范围。除低压运放外，一般运放的输出峰电压均大于10V。一般运放的输出峰电压达不到电源电压，这是由输出级的设计造成的。现代低压运放的输出级经过特殊处理，使输出级在10k?负载下，输出峰对峰电压接近电源电压50mV以内，故称为全幅输出运放，又称轨对轨(raid对raid)运放。需要注意的是，运算放大器的输出峰峰电压与负载有关，输出峰峰电压随负载而变化。运算放大器的正、负输出电压摆幅不一定相同。在实际应用中，输出峰峰电压越接近电源电压越好，这样可以简化电源设计。但是今天的全输出放大器只能在低压下工作，而且成本更高。

最大共模输入电压：最大共模输入电压定义为运算放大器在线性区工作时共模抑制比特性显著恶化时的共模输入电压。一般定义为当共模抑制比下降6dB时，对应的共模输入电压为最大共模输入电压。最大共模输入电压** *输入信号中最大共模输入电压范围。在有干扰的情况下，在电路设计中需要注意这个问题。

最大差分模式输入电压：最大差分模式输入电压定义为运算放大器两个输入之间的最大允许输入电压差。当运放两个输入端之间的允许输入电压差超过最大差分模输入电压时，运放输入级可能会损坏。