上篇我們?nèi)娼榻B了運(yùn)算放大器的各種使用方式，本篇我們來(lái)摸清一下運(yùn)算放大器還有哪些“秉性”，也就是它的電氣特性。

當(dāng)運(yùn)算放大器用作放大器時(shí)，共模輸入電壓范圍表示其正常運(yùn)行時(shí)的輸入電壓范圍。當(dāng)運(yùn)算放大器用于放大來(lái)自傳感器或其它器件的微小信號(hào)時(shí)，傳感器分辨率對(duì)傳感器的作用相當(dāng)于輸入補(bǔ)償電壓或共模輸入信號(hào)抑制比（CMRR）對(duì)運(yùn)算放大器產(chǎn)生的影響。最小分辨率取決于噪聲量。

圖1：內(nèi)部噪聲較大的運(yùn)算放大器

圖2：輸入補(bǔ)償電壓的影響

輸入補(bǔ)償電壓

在實(shí)際應(yīng)用中，輸入補(bǔ)償電壓乘以閉環(huán)增益（ACL）后會(huì)被加入輸出電壓中。因此，在傳感器電路情況下，最大輸入補(bǔ)償電壓必須低于其最小靈敏度。

圖3：輸入補(bǔ)償電壓的測(cè)試電路

我們來(lái)看下輸入補(bǔ)償電壓為VIO的運(yùn)算放大器。如圖3所示的輸入補(bǔ)償電壓測(cè)試電路，可將該運(yùn)算放大器視為理想的運(yùn)算放大器，外部VIo電壓源連接至VIN(-)。VIN(＋)電壓變?yōu)閂DD／2。根據(jù)虛擬短路概念，VIN(-)電壓也變?yōu)閂DD／2。因此，R1與R2交叉處的電壓變?yōu)閂DD／2－VIO。在理想運(yùn)算放大器情況下，I1＝I2。，VIO＝（VDD／2－VO）×R1／（R1＋R2）。請(qǐng)注意，電阻器有一定的容限。如果超出系統(tǒng)的容限，則需修改電路結(jié)構(gòu)，以減少輸入補(bǔ)償電壓的影響或選用輸入補(bǔ)償電壓較低的運(yùn)算放大器。

交流耦合電路是能降低輸入補(bǔ)償電壓影響的最簡(jiǎn)單的電路形式。圖4顯示了一個(gè)交流耦合反相放大器。當(dāng)電容器C1以這種方式連接時(shí)，由于輸入補(bǔ)償電壓引起的電流不會(huì)流經(jīng)R1，因此對(duì)VO的影響較小。

圖4：交流耦合反相放大器

共模輸入信號(hào)抑制比

差分放大器的共模輸入信號(hào)抑制比（CMRR）是一個(gè)指標(biāo)，用于表示其抑制在VIN(-)端和VIN(+)端處具有相同振幅和相位的兩個(gè)信號(hào)或噪聲（共模噪聲）的能力。共模輸入信號(hào)抑制比的測(cè)試電路如圖5所示。共模輸入電壓范圍（CMVIN）是指在規(guī)定條件下滿足規(guī)定CMRR的輸入電壓多范圍。

圖5：CMRR和CMVIN的測(cè)試電路

其中，VIN1和VIN2分別表示CMVIN的最大值和最小值，VOUT1和VOUT2分別表示VIN1端和VIN2端的輸出（VO）電壓。從圖5可以看出，輸入補(bǔ)償電壓（VIO）是特殊條件（VIN＝VDD／2）下的CMRR值。

運(yùn)算放大器的內(nèi)部噪聲

運(yùn)算放大器用于放大來(lái)自傳感器或其它器件的微小信號(hào)時(shí)，如有噪聲加至這個(gè)微小信號(hào)中，也會(huì)被運(yùn)算放大器放大。因此，噪聲會(huì)降低傳感器的靈敏度和精度。與運(yùn)算放大器相關(guān)的噪聲，分為由電磁干擾和外部器件導(dǎo)致的外部噪聲以及內(nèi)部噪聲。

我們將兩種內(nèi)部噪聲定義為等效輸入噪聲：

? 取決于頻率的1／f噪聲：電阻器產(chǎn)生的熱噪聲以及半導(dǎo)體中自由移動(dòng)的載流子產(chǎn)生的散粒噪聲；

? 與頻率無(wú)關(guān)的白噪聲：由晶體缺陷導(dǎo)致的閃爍噪聲以及突發(fā)噪聲

1／f噪聲和白噪聲均出現(xiàn)在運(yùn)算放大器的輸入端，并且都被定義為等效輸入噪聲電壓。等效輸入噪聲被增益放大并出現(xiàn)在輸出端。需特別注意低頻噪聲，因?yàn)樗碾妷喝Q于頻率。為放大微小信號(hào)，會(huì)級(jí)聯(lián)多個(gè)放大器以防止異常振蕩。

噪聲增益和信號(hào)增益

運(yùn)算放大器中產(chǎn)生的噪聲增益可能不同于信號(hào)增益，可以如下方式使用噪聲增益的概念：

? 將等效輸入噪聲轉(zhuǎn)換為輸出噪聲

?計(jì)算輸入補(bǔ)償電壓對(duì)輸出的影響

?計(jì)算振蕩余量

接下來(lái)，讓我們重點(diǎn)來(lái)看看振蕩余量。除振蕩器外，振蕩是指信號(hào)在非預(yù)期頻率上發(fā)生的意外波動(dòng)。意外噪聲等振蕩來(lái)源通過反饋回路進(jìn)行循環(huán)，逐漸演變?yōu)檎袷帯?/p>

圖6：增加振蕩余量的電路示例

振蕩來(lái)源為隨機(jī)噪聲。必須根據(jù)噪聲增益確定振蕩抗擾度，這一點(diǎn)很重要。噪聲增益的概念可用于為振蕩提供余量（即增加噪聲增益）。圖6顯示了使用反相放大器在不改變信號(hào)增益的情況下增加振蕩余量的一個(gè)示例。

至此，我們向您全部分享了運(yùn)算放大器的基本定義、內(nèi)部原理、使用方式和電氣特性等內(nèi)容，希望對(duì)您的系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)能有所幫助和啟發(fā)。

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