EEPW论坛

运算放大器分类与性能参数

运算放大器是模拟电路设计的核心器件，其分类和性能参数直接影响电路性能。

一、运算放大器分类及典型应用

类型 特点 典型型号 应用场景

通用型 低成本、中等性能，带宽1MHz~10MHz LM741、TL072 信号缓冲、滤波器、基础放大电路

精密型 低失调电压（<10μV）、低温漂（<0.1μV/℃） OPA277、AD8628 高精度测量、传感器信号调理

低噪声型 输入噪声电压<5nV/√Hz，电流噪声<1pA/√Hz AD797、LT1028 音频放大、医疗仪器、微弱信号采集

高速型 带宽>50MHz，压摆率（SR）>100V/μs THS3091、ADA4898 视频信号处理、高速数据采集

低电压/低功耗型 工作电压低至1.8V，静态电流<100μA MCP6001、LPV521 电池供电设备、便携式电子

单电源型 支持单电源供电（如3.3V/5V），输入/输出轨到轨（RRIO） TLV2462、LMV358 嵌入式系统、汽车电子

二、关键性能参数解析

1. 电源相关参数

参数 定义 典型值 影响

单/双电源工作电压 支持的最低/最高供电电压（如±2.5V~±18V） ±5V~±15V 决定电路供电方案

电源电流（ICC） 静态工作电流（无负载时） 0.5mA~10mA 影响系统功耗

电源抑制比（PSRR） 电源电压变化对输出的抑制能力（dB） 60dB~120dB 电源噪声对输出的干扰

2. 输入特性参数

参数 定义 典型值 影响

输入失调电压（Vos） 输入为零时输出的电压偏移 10μV~5mV 直流精度误差

输入偏置电流（Ib） 输入端流入/流出电流的平均值 1pA~100nA 输入阻抗匹配误差

共模输入电压范围 输入信号相对于电源地的允许范围 (V-)+1V ~ (V+)-1V 信号幅值限制

3. 增益与带宽参数

参数 定义 典型值 影响

开环增益Aol开环差模电压增益dB80dB~140dB 闭环精度和线性度

单位增益带宽GBW 增益为1时的带宽-3dB点1MHz~100MHz 高频信号处理能力

共模抑制比CMRR共模信号抑制能力CMRR = Aol / 共模增益 70dB~120dB 抗共模干扰能力

4. 动态响应参数

参数 定义 典型值 影响

压摆率SR 输出电压最大变化速率V/μs 0.5V/μs~3000V/μs 大信号响应速度

建立时间ts输出达到目标精度0.1%所需时间 100ns~10μs 瞬态响应速度

5. 噪声与温漂参数

参数 定义 典型值 影响

输入噪声电压密度 等效输入噪声电压nV/√Hz 3nV/√Hz~30nV/√Hz 高频信号信噪比

失调电压温漂ΔVos/℃ 失调电压随温度的变化率 0.1μV/℃~10μV/℃ 温度稳定性

三、选型指南

高精度测量：优先选择 精密型低Vos、低温漂和 低噪声型AD8628。

高速信号处理：关注 压摆率SR和 单位增益带宽THS3091，SR=7300V/μs。

电池供电设备：选择 低电压/低功耗型MCP6001，ICC=100μA。

单电源系统：确保运放支持 轨到轨输入/输出TLV2462。

例举：

同相输入比例运算电路

非反相运算放大器（Non-Inverting Amplifier）工作原理详解

一、电路结构与核心公式

根据描述，电路结构为 非反相放大器，其核心组成如下：

输入信号：v i  接入运算放大器 同相输入端（+）。

反馈网络：反馈电阻 R f  连接输出端 v o  和 反相输入端（-）。

输入电阻：R 1  接在反相输入端与地之间。

增益公式：

二、工作原理分步解析

1. 虚短与虚断特性

虚短：运算放大器开环增益极大，导致两输入端电压近似相等：

虚断：输入端电流趋近于零。

2. 反馈电流分析

反相输入端电流关系：

反馈电流 i f  与输入电阻电流 i 1  相等（虚断特性）：

代入虚短条件：

3. 增益公式推导

整理方程：

输出电压 v o  与输入电压 v i  同相，增益恒大于1，仅由电阻比 R f /R 1  决定。

反相输入比例求和电路

电路结构

核心连接：输入电压 v 1  通过电阻 R 1  连接到运算放大器的 反相输入端（-）。

反馈电阻 R f  连接 反相输入端 和 输出端 v 0 。

同相输入端（+） 接地（图中可能标注为 B Z  或 N 3 ，即参考电平0V）。

关键特性：

负反馈：通过 R f  形成闭环控制，确保运放工作在线性区。

虚短与虚断：运放两输入端电压近似相等（虚短），且无电流流入输入端（虚断）。

工作原理分步解析

1. 虚短与虚断特性

虚短：v − =v + =0V（同相输入端接地）。

虚断：反相输入端电流 i − =0，电流仅通过 R 1  和 R f 。

2. 电流关系

输入电流 i 1  与反馈电流 i f  相等：

代入虚短条件 u− =0V：

3. 增益公式推导

整理方程得：

增益： ，负号表示输出与输入 反相。

增益调节：仅由 R f  和 R 1  的比值决定，与运放内部参数无关。

总结：

通用型满足基础需求，精密型保障高精度，低噪声型优化信号完整性，高速型应对高频信号，低功耗/单电源型适配便携设备。

关键参数如 失调电压、压摆率、带宽 直接影响电路精度与响应速度，而 PSRR 和 CMRR 决定抗干扰能力。

反相求和电路需关注 输入阻抗匹配 和 多路噪声抑制，优先低噪声、低失调运放。设计时需权衡功耗、成本与性能，结合仿真验证LTspice，确保系统稳定高效。