14.双电源运放改单电源，为什么要取其中点电压供电？

问：

能否从原理角度详细分解？还有怎么选择此电压对幅度的限制？还有 -3dB的概念怎么解释？

答：

(1) 因为一般的运算放大器是用来对交流信号作放大作用的，交流信号在经过运放时如果只是和地电平做比较的话，将会把交流信号的下半部分“吞噬”掉。

所以我们采用电源的中点电压作比较的话，负半周的交流信号可以几乎没有损耗的被放大。这也就是大家常说的抬高交流信号的直流电平。

(2) 如果只是对直流信号放大(正电压)，我觉得可以不加中点啊，如果加电源远远大于输出要求电压，也可不必将中点电位抬到一半，可以这样理解：运放加的两电压 (+15V +15V和0V -15V和0V等)根据输出要求不同，中点电位只要在两电压之间就可以，中点电位与上下电源差值决定输出大小(不失真时的)。以我的经验，单电源的中点电 位是针对运放的所有输入和输出脚的，要求高点的场合还要求相位不能偏移(如xx的低音炮等)，也就是说用电容隔直还满足不了要求。

(3) 这要看ICMR（input common mode voltage range)了，如果输入范围很宽比如rail-to-rail，那未必需要将

输入钳制在vdd/2。

15.关于弱信号提取和放大

问：

我要做一个弱信号的提取和放大电路，问题在于我的弱交流信号是叠加在一个强直流信号之上的。弱信号为 10nA、8Hz交流电流，直流信号强度为1.4mA，请问各位大侠，我如何才能把交流信号提取、放大呢？

答：

你好，可用一个由积分器等构成的调零反馈电路将跨阻放大器输出的大直流信号稳定地xx。根据交流信号的传输准确性要求，可适当选择积分器通 带频率fL为8Hz的1/n,既：8Hz=n*fL，通常选n为4-7。有许多70年代的调零应用和文献，得查一下。此状况与一些微弱光信号检测极为相 似。

16.请问运放上的+-15V电压不稳定是不是也影响输出波形？

问：

请问运放上的+-15V电压不稳定是不是也影响输出波形？

答：

(1) 电源电压的波动会影响到输出的，但是对于输出能影响到多少，运放中有个参数PSRR可以体现出来，例如PSRR＝80dB就是说电源每变化1V输出变化 100uV。

(2)不稳定的电压当然会影响输出波形，影响幅度取决于运放的PSRR。要解决这个问题，需要加强运放的去耦设计和电源的设计(一般用 LDO线性电源给运放供电)。

(3) 你好！PSRR是电源抑制比的总称。一般有3个具体参数：+PSRR，-PSRR，+/-PSRR。表示从某个电源端或两个电源端分别或同时异向低频变 化，在运放差分输入端引入的传输或影响量值。如所分析的：?S

Vps=1V的电源变化，在PRSS=80dB运放输入端，导致?SVdi=100uV的变化 （PSRR=20log?SVps/?SVdi）。于是运放输出电压产生的变化：?SVo=?SVdi（1+Rf/Ri）；Rf--反馈电阻，Ri:输入 电阻。供参考。

17. AD采样中运放的运用

问：

如果我用于采样的信号的电压范围正好和AD的输入电压范围相同，我是否可以不用运放直接连接？为什么要用运放来进行阻抗匹配？怎么匹配？运 放怎么选择？先连接运放然后用RC滤波还是直接将运放做成有源滤波器？

答：

(1) 本人看法：为交流或直流信号，有必要加运方，可有隔离，滤波作用顺便讨论一个问题：若一个 ADC的速度为200KSPS，那是说明它的采样频率为200KHz吗？那根据奈奎斯特定理，能采的信号{zg}频为 100KHz，不知这么理解对不对？

(2) 对的，ADC的速度为200KSPS，根据奈奎斯特定理，能采的信号{zg}频为100KHz，已经到极限。不过我认为：如果待测电压的内阻远小于测量电路输 入端的内阻，且待测电压小于测量电路允许值时不需要加运放，优点是电路简洁，免调整，减小累计误差。滤波可根据需要考虑。

(3)多谢回复！再问一下您，若被采集信号为交流量，那么输出的数据应该是瞬时值吧，那这些值是再输入到比如DSP中，通过软件计算出有效 值呢？还是通过什么数字滤波器之类的，滤出有用频段的信号？

(4)这个问题应该从你设计产品的要求来确定，如果要求输出图形你的滤波器频带宽度必须放宽，特别是高频段，保证图形不失真。如果要求测量 并实时显示数值，应该保证在视觉观察无闪烁的时间内计算信号最xx的平均值，滤波器频带宽度可以窄到滤除你不想要的数据。如果不需显示单纯做记录仪，{zh0} 完整的保存数据，滤波器应该滤除理论上信号源不可能产生的频率。以上谈的其实也是数字技术在电子测量方面的优势。

(5)多谢回复，还想跟您讨论一下，比如ADC采样交流信号后，仅要求显示，不输出图形，若以 T秒采样那么得到的信号就会以1/T的频率重复原始频谱，那么是否需要一个数字滤波器滤掉与原信号频谱不同的频率，还是是否应该计算的是有效值呢？若为平 均值，那么比如正炫信号则为0。

(6) 逐次逼近型A/D变换的输入阻抗一般都较低，为避免对信号的影响和对前端信号的调理往往在输入要增加一级缓冲或可变增益放大器。所有对信号的模拟处理都要 在前面完成，让调理过的信号峰 -峰值尽量到A/D的满档值。既然将模拟信号数字化了，如果时间容许{zh0}用数字方式处理采集的信号，这样可以减少额外的开销和模拟系统对信号的畸变。如果 A/D采样仅仅只显示有效值没有必要这么做，有其他许多简单廉价的方法(有效值测试可以直接用RSM/DC变换器芯片。AD公司的 AD536，AD636，AD637等都可以，如果是简单测试要求不高可以利用二极管整流后得到有效值。在小信号或高频时误差大。还有非线性问题，如果后 续有单片机可以用软件校正)。无论前级加了什么性质的运放或缓冲器都要满足被采集信号对带宽和压摆率的要求。对16位的A/D选择时运放时还要考虑与温飘 有关的参数。对高速的A/D{zh0}选择电流型运放，因为建立电压需要时间。

18.一路分多路芯片

问：

一些重要控制信号，一方面要进采集做控制用，另一方面希望可以在计算机上显示。有没有这样的芯片或电路，可以将一路信号输入转换成多路的输 出，而且各路输出间互不干扰，相互独立。

答：

(1) a、若是数字信号,用多个缓冲器就可以解决问?}. b、若是模拟信号,用多个足够带宽的运放做缓冲器就可以解决问?}.

(2)我的是模拟信号，有的模拟信号在下位机做控制信号，同时又希望在上位机检测这路信号，在上位机上显示。故希望能有一路模拟信号分出两 路的电路或芯片。请多指教。

(3)采用LM324 不知道和不和你用——此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高，运 放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，故各放大器电压放大倍数均为1，与分立元件组成的射 极跟随器作用相同。

19. D类音频功率放大器的背景噪声问题

问：

请教大侠，做的是手机，可以放mp3的，用D类音频功率放大器，播放铃声和mp3的时候，都有明显的背景噪声，问过供应商，他们说放大器本 身的噪声很小，应该是电源的噪声。如果是电源的噪声，应该怎么xx呢？

答：

(1) {dy}：电路设计有问题，很多电路设计的时候由于过多顾忌成本的问题，导致本来应该加上的腿耦电容，旁路电容或者是一些电感就被当作可有可无的东西给去掉 了，看起来没有什么问题，但是等到产品出来了，问题也就出来了。

第二：元器件的选择，很多mp3里面会有一些电感元件什么的，有些元器件是比较便宜，但是漏磁也是严重的，造成对住IC或者是周边电路的干 扰过大，导致静噪声出现。

第三：电路板的排布也会导致噪声的出现。

第四：软件设计的时候没有考虑到，在静音的情况下，主IC还是在做音频输出的工作，尽管声音似乎是被静止了，但是电流还是一点点的流向输出 端子，造成静噪声。还有一种就是对于声音的大小在软件中的定义的步长有问题，步长过大也会导致看起来静音但是电流还是在流向耳机输出端。

(2) 解决噪声一定要找出噪声源，可用示波器类的仪器检查，也可用不同的信号源、放大器、电源互换比较，找出问题才有解决的办法。

20.有关光耦放大器问题

问：在这个光耦放大器中，在B实际电位2.3V左右，因此光偶基极静态电流约1.4mA，输入信号放大后经A点进入，经光耦输出一个较大电 流，再经电阻输出电压，然后进入后置放大输出。电流转移比约150。请问在理论为何上A、B能测到波形而在在C点测不到波形呢。另外电路频率响应该如何分 析呢？

答：

粗看此电路，逻辑上是通的。欲得等比/线性传输，两光耦的电流传输比与两边的等值标称元件的参数需要线性匹配——简单地说：就是各工作点参 数相等，对偶元件数值相等或等比。整个电路必须工作在线性区域内。一般，信号通带不会超过200KHz。光耦的典型开关上升时间：tr>=5uS， 它的非推挽的电阻上拉输出结构，运放带宽和运放的反馈电容C构成了限制带宽的主要因素。验证时，建议先（施加）直流 --便于测量各点工作电压，工作状态正常后再施加交流信号。供参考。

21.信号调理方案

问：

我要进行材料应变测量，采用的信号调理方案如下：

一、设计初期，通过低通滤波器，滤波，信号受系统的温度漂移影响较大。无法检测有用的信号。

二、由于电桥输出电压大约5毫伏（0~100HZ），采用AD620前置放大，用MAX038提供方波参考信号，通

过乘法器AD534将被测信号调制成10K的交流信号，交流放大（AD620），通过带通滤波器MAX275滤除高次谐波，{zh1}进行相敏检 波。同时，我还用铁丝网将电路板屏蔽（屏蔽网接地）起来。但是，输出信号不稳定，达不到测量精度{dy}个方案，已被否决，现在请各位高手指点第二方案的问题 出在哪里，是否还有其他的方案？

答：

电桥输出5毫伏信号，按理说不算太小,直接用仪器放大器，不用交流调制，也应可以。以下几点可注意，a.电源需要很稳，波纹系数要小。b. {dy}级放大不要太大，小于100吧，然后再加第二级放大。c.先把{dy}级放大后的信号质量搞好，再看后面的电路。对于这样的信号，在电路侧信号两端并一个 高质(漏电小)的几 uF的无极性的电容会有很大好处。{dy}级输出信号可以有些噪声，但不应漂移。经过第二级带有低通放大后，噪声就会改善。你现在的问题可能发生在{dy}级。供 参考。

22.电荷放大器的零漂问题

问：

压电加速度传感器一般会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如 何解决？我的加速度传感器量程大约在30000g左右，被测信号频率在30kHz以下；压电传感器和电荷放大器连接后，静态时（传感器未受冲击）电荷放大 器的归零非常好，当传感器受到冲击后会产生零漂，按您说的调节反馈电阻的方法有一些作用，我想知道调节反馈电阻这种方法有没有定量的推导？

答：

(1) 有几种几种可能性会导致零漂：a、反馈电容ESR特性不好，随电荷量的变化而变化。b、反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈 电容两端并上方亏电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点。c、可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。

(2) 不知道你所说的不归零是怎样一个具体的情况，你的输入信号的频率多高？静态时能归零吗？也许你应该把示波器观察到的波形贴上来才好分析。电荷灵敏放大器跨 接在放大器两端的电容准确叫法是“积分电容”而不是“反馈电容”，它的 ESR并不会随着电荷的多少而发生显著的改变。毫无疑问，积分电容上的电荷应该有泄放通道，通常简单起见可以并联一个高阻值的电阻，但会恶化噪声特性。发 生不归零，可能的情况可以是：

a、输入信号频率太高，造成积分器电荷堆积，因为积分器放电需要一定时间。尝试降低输入信号频率试一下看能否改善，如果是这个原因，可以降 低反馈电阻的值应该能改善

b、积分器的静态偏置有问题，比如没有考虑失调电流Ioffset，失调电压Voffset的影响。可以接上传感器但是使传感器处于无信号 输出状态，观察放大器输出是否归零。不归零还可能。

(3) 对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决：a、采用开关电容电路的技巧，使用 CDS采样方式可以有效xxoffset电压。b、采用同步检测电路结构，可以有效xxoffset电压。

(4) 电荷放大器的零漂主要来自输入电路的失调电压、失调电流及输入反馈电阻，当信号频率趋于 0时，漂移干扰源 eN与输出漂移 eO之间有如下关系： eO/eN＝1＋（gt＋gc＋gi）/gf 其中 gt、gc、gi、gf分别为传感器、传输电缆，信号输入端的电导及反馈电阻的电导。由此可以看出：为了使输出漂移小，除了使干扰源漂移小以外还必须使传 感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，根据 fL＝1/2PI*Rf*Cf,又会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑。

23.音频电路开关机冲击声的解决

问：

一些音频设备在开关机常有 “啪”的冲击噪声，请教专家这种噪声产生原因是否与音频放大电路有关系？克服这类的问题有没有什么可行的办法？

答：

(1) 通过音频功放的软启动即可解决

(2) 通常是开机瞬间功放电路的偏置电路尚未xx建立，造成的瞬态冲击电流对扬声器的冲击所产生。解决的办法： a是调整各级偏置的时间常数； b是增加延时开通输出的电路； c是让功放电路的偏置电压缓慢上升。

(3) 这是由于电源噪声导致音频性能变差。故应采用独立稳压块为音频部分单独供电，以保证电源质量。另外，音频在需要时方可允许输出。有些音频 IC有一个 SHUTDOWN或者 MUTE引脚，可以实现该控制功能。如果没有这一控制引脚，则需要增加额外的电平开关电路来控制音频信号。同时，在程序设计时有一个使能的时机问题，上电 时应适当延迟后再打开，以避免串入音频电路的令人讨厌的电源噪声，一般延迟 100ms-500ms左右。一旦音频输出完毕，还应再延迟 100-500ms后关闭（屏蔽）输出，不只节省了不必要的消耗电流（因为大多数的音频 IC的工作电流较大，发热较高），而且还有效降低了噪声干扰。

(4) click-pop声和音频功率放大电路具有直接的联系，产生 click-pop声的原因在于放大器和喇叭负载之间的耦合电容以及反馈回路中的电容。在开机和关机过程中，运算放大器建立自己的相应工作状态，会对这些 电容进行充电或放电。由于电容两边的电压不能突变，当电容一边的电压突然变化时，在电容的另一边的电压也会突然变化，这个变化的电压尖脉冲传到喇叭时，就 会产生 click-pop声。这种 click-pop声，在使用单电源放大器时更需要特别注意。为了克服 click-pop声，人们常采用如下方法：a、使用 click-pop声抑制功能的音频放大器；b、对于单电源放大器，放大器输出和喇叭之间采用差分互连直接耦合；c、对于单电源音频放大器，常常采用负电 压电荷泵技术来产生负电压，这样放大器和喇叭负载之间可以直接耦合 d、采用双电源供电的音频放大器并注意反馈回路中的电容取值e、对放大器上电顺序进行适当的控制。

24.运放单电源电路的偏置问题

问：

我想请教一下，双电源运放在接成单电源电路时，作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？

答：

(1) 接参考电压源比较好，电阻分压偏置会随温度的变化而飘移，但参考电压源成本高。

(2)一般来讲，双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果{zh0}。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和{zg}的 PSRR。若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高， PSRR比较低。

(3)如果电源本身就很稳定，采用电阻分压网络无疑是最廉价、最简单的。如果采用基准电压，效果{zh0}，典型的基准电压器件可用 TL431。

25.运算放大器的静态电流大小测量问题

问：

请问：运算放大器的静态电流大小怎样测出来的啊？

答：

(1)关于集成运算放大器的静态（电源电流：Icc/Iee）电流的测量方法，在行业标准：SJ-XXXX（具体标准代码忘记了。但可联系 电子部4所查询）有详细的定义与规定。估计在IEC和 MIL标准中也都有。

简单并基本符合原则要求的测量方法如下：双电源情况时，将被测运放搭接成一个“地电位跟随器”。既：其输出端与反向输入端短路连接，同向输 入端接地（既：正负电源的公共端 --线路中的参考电位端）；运放对地不接负载电阻 --既负载电阻无穷大。分别测量在规定的输入电源电压条件下的流入或流出电源端子的电源电流 ---在电源与运放电源端子之间串入（低内阻的）电流表。通常，Icc=Iee。单电源测量时，仅需将运放同向输入端连接到一个由另一独立电源形成的 （Vcc-Vee）/2的独立电位端点（以Vee为参考点），其它不变。供参考。(2)可以选用圣邦微电子的SGM8524，SGM8524为４通道微功 耗运放，静态电流每通道 4.7uA，带宽 150KHz，轨到轨输入输出，工作电压2.1～5.5V，工作温度-40～125摄氏度。应该可以满足你的要求。

(2) 谢谢！想再一下，如果双电源供电，电源不对称，静态电流会怎样的变化呢？

(3) 通用电压型运算放大器的内部结构主要由：输入差分级、中间增益级和输出缓冲级组成。三级均需设置稳定的静态工作点。为此，前级、中间级与末级的偏置电路多 采用恒流源结构 ---以获得稳定的静态工作点和优异的 PSRR（电源抑制比）等特性---并由此形成静态电流的主部随电源电压变化不大的高阻特点。静态电源电流随电源电压的改变部分，主要由跨接在Vcc到 Vee之间、设置恒流源大小的电阻分压与基准等部分构成，数值通常约在：15K~2M欧姆之间。

通过上述分析，可得出如下结论：双电源供电、不论两电源电压是否一致，其两电源端子之间的静态伏 -安特

性基本与单电源的特性一致，并在一定的区间内与晶体管输出特性曲线一致，呈现高阻特性 ---即曲线斜率较小。也可由此看出，使用晶体管曲线特性图示仪（C+连接Vcc,E-连接Vee,扫描极性：NPN+，运放其余端子均开路）也可测出近 似等效单电源的静态电源电流。由此，可以了解电源电压改变时，运放电源电流的变化特性。

26.反相比例放大电路不能工作

问：

我现在电路中用运放是TLV2772，反相端输入电阻是10K，反馈电阻用的是100K，输出竟然是VCC，变成了比较电路。把反馈电阻变 成10K后，结果正常了（能实现反相比例运算）。请各位前辈帮我看看问题出在哪里？

答：

(1)如果反相输入电阻一直是10K而反馈电阻改变为100K和10K时，电路的放大倍数应分别为10倍和1倍，如果输入相同的电压 值，10倍时输出电压可能大于电源电压，放大器饱和。所以请你同时说明输入电阻的值有否改变，以及输入电压的变化范围，以便分析。

(2) 谢谢各位前辈们的指导，问题查出来了，的确是输出饱和了。运放工作在非线性状态。刚开始我有个错误理解：那就是只要构成负反馈，运放就工作在线性状态。所 以当时测量运放输入两脚，发现不是虚短，以为运放坏了。

27.不共地对测量的影响

问：

我需要采集一电桥输出的差分信号，该电桥由一15V电源供电，输出差模电压30mV左右，我的采集系统由另一20V电源供电，此时采集系统 放大器输入端的会可能承受多大共模电压？由于这个采集精度要求为万分之三，在两电源不共地的情况下，是否会影响采集精度。

答：

(1)你的理解基本正确。这种应用{zh0}信号调理和传感器部分使用不共地的电源，可以极大减小共模电压的影响。

在两边共地的情况下，如果共模电压是 15v/2（具体取决于你的传感器），共模抑制比为 100dB，则有效的（与差分信号同样被放大）共模输入信号为： 15/2/100000=75uV，由于共模电压引起的误差为： 75uv/30mv=0.25%，达不到你要求的 0.03%的要求。

(2) 多些楼上的回答，但是还有一点，就是如果传感器和信号调理电路不共地的话，传感器输出电压相对于信号调理电路的{jd1}值（即共模电压）就不能确定是多少了 （而且这个值是不是应该还会随外界情况变化吧），就好象用电压表去量两个电源负极的电压差，这个值是不固定的，受外界影响很大，这种情况引起的误差就不可 补偿了（应该可以这么表述吧）。如果这个共模电压低于 1V则我以 100db的共模抑制比将差模电压放大 100倍就可以误差仍然在范围以内，显然是有可能超过 1V。所以在两边不共地情况下希望高手给我点提示看可以怎么解决这个问题。题外话，如果采用两边共地的情况这是虽然相对有较高共模电压但是由于其是以固定 值，所以要补偿的话相对容易可惜我的电路不能采用这种共地的形式。

(3) 共地情况下，传感器输出信号是差分与共模成分并存的，二者同时被调理电路放大，前面已经说过，你的具体例子不能满足精度要求，你不可能只放大差分信号而不 放大共模信号，所能做的就是选用 CMMR高的放大器，加上共模补偿电路（使得差分信号输入为 0时调理电路输出也为 0）。在不共地情况下，设两个地之间的隔离电阻是 Ziso，传感器输出阻抗 Zo，调理电路输入共模阻抗 Zi，则输入到调理电路的共模电压为： INcomm="Vsense"_out_cmm*[Zi/(Zo+Zi+Ziso)],如果你的信号是 DC或者很低频信号，很容易实现 Ziso>>Zi，比如说 Ziso="100Zi"，则调理电路输入端的等效共模电压为 Incomm="1/100" * Vsense_out_cmm,即有效共模电压成分被压缩为共地情况的 1/100(40dB)，从而无需对共模成份进行补偿。

(4) 多谢帮忙，令我对这个问题的看法已经清晰多了，有一点再请教一下，一般为使测量部分电路对传感器影响较小，都必须用较大的输入阻抗，不然像桥式电路这样的 会出现分流影响了结果 比如我选用的仪用差分放大器为 BB的INA118，其共模输入阻抗为 10e+10欧姆这么高的输入阻抗我想应该比两地隔离电阻 Ziso高吧，这个 Ziso我想可以理解为绝缘电阻吧，在不同环境下（温度、湿度）为兆欧级的变化，所以可以说是 Zi>>Ziso,根据那个公式 INcomm="Vsense"_out_cmm*[Zi/(Zo+Zi+Ziso)], INcomm近似为 Vsense_out_cmm，则其情形与共地测量情况一样了，仍需作共模补偿。

(5) 你的理解也不能说错。不过，你忽略了很多其他方面的因素：针对你具体选用的 INA118，正如你所注意到的那样，他的输入阻抗高达 10Gohm，但从这点上看似乎对传感器电桥的影响可以忽略不计。但是，运放的使用也有另外一个需要注意的地方，就是它的输入偏置电流， Ibias="1na"(ty.)，如果在 INA118的输入端与地之间没有电阻，偏置电流没有泄放通道，它将在运放极高的输

入阻抗上"产生"显著的电压（Ibias*Zin_comm），这个等效为输入放大器的额外共模电压。此外，由于仪表运放的非理想对称结 构，还存在由失调电流（ Iin_offset，+-两输入端的偏置电流差值）在输入阻抗上产生的等效差分输入电压。由于失调电流温漂和时间漂移，最终由它引起的等效差分输入电压 也是个变数，所以，实际的应用电路中，必须考虑这些因素。作为一个参考，可以考虑输入失调电流引起的差分电压跟失调电压（Vin_offset）处于同样 水平，对于 INA118，可以计算出偏置电流泄放通道的等效直流电阻应满足： Rbias="Vin"_offset/Iin_offset=10k~100k范围。

你可以自己画画在不共地情况下的等效电路图，考虑上面说的引起误差的因素，自然可以评估{zh1}的总误差。在为运放提供了偏置电阻 Rbias（+，-对运放地）后，偏置电阻对传感器的等效并联阻抗为： Rbias+Ziso，并非以 Rbias数值直接影响电桥！象你这种较高精度测量要求 (误差<10uv)，还要考虑噪声的影响，需要在运放输入端加低通滤波器限制输入带宽，降低噪声的影响。

28.运放输入为零，输出问题

问：

我用HA17741和LM358两个芯片正负输入引脚都接地，但输出却是和+VCC，-VEE相当的电压。

答：

这是失调电压引起的。运放的两个输入端同时接地时，不管其他引脚如何连接，运放处于开环全增益状态。随便拿一个运放举例：LM358 开环增益100K输入失调电压3mV，开环输出失调理论上可达300V之多，当然由于正负电源的限制，只能到电源电压。而失调电压在差分输入的两个输入端 不一定哪一端是正的，所以可能输出正电源电压，也可能是负电源电压。再说这样大的增益即使输入失调电压为 0，也会产生振荡或干扰。所以任何运放不可以在开环下工作或测试，即使测试开环增益 /输入失调这些参数，也是连成反馈放大器换算出来的。

29.如何放大阶梯波电流

问：

请教各位是否有做过阶梯波电流放大的电路，是如何实现的？在此深表感谢！

答：

典型的阶梯波电流的产生与应用，常见于晶体管特性曲线图示仪（通常：1uA/阶--1A/阶）。一般的实现思路是：用标准电压阶梯波信号驱 动跨导放大器（K=Io/Vi）。由此，可先将小幅度阶梯波电流通过标准电阻转换成电压阶梯波信号，再经由跨导放大器获得希望幅度的阶梯波电流 （Ii*R*K）。可参见JT-I、QT-2、TEK-576、TEK-577-1等产品的图纸。30.积分电路中选择放大器的原则。

问：

在高精度积分电路中选用放大器，是考虑失调电压还是失调电??我认为应该优先考虑失调电流。现在我选用的是AD的OP4177，失调电流为 0.5nA，在没有输入的情况下，会有积分现象发生。我想选用一个低失调电流的，不知道可不可行？

当没有输入时，积分电路出现或正斜率或付斜率的斜坡电压？

答：

总的来说，应选用偏置电流小的，在积分电路正确构造（比如对电压反相端积分，则同相端应该是R-C串联， R、C取值与反相端所接输入电阻、积分电容相等）的前提下，则用考虑失调电流来定量考虑，但需要计算每个输入端是否因为偏置电流在电容上造成的电压超过了 共模范围。积分器不可能一直对平均值不为 0的信号（偏置电流就是）进行无限积分，需要或者加上直流负反馈，或者只工作在断续状态（积分 -放电交替进行）。0.1na的偏置电流不小，应根据情况据丁是否选用更低的。目前 1pA以下的运放很多，价格也不贵。

二、四类运算放大器的技术发展趋势及其应用热点

运算放大器历经数十年的发展，从早期的真空管演变为现在的集成电路，根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压/低功耗型、高速型、高精 度型四大类运放产品。一般而言，高速运放主要用于通信设备、视频系统以及测试与测量仪表等产品；低电压/低功耗运放主要面向手机、PDA等以电池供电的便 携式电子产品；高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控制系统等。通用运算放大器应用最广，几乎任何需要添加简单信号增益或信号调理功能的电 子系统都可采用通用运放。

近年来消费电子、通讯、网络等应用领域的发展对运放产品也提出新的技术要求，更低功耗、更小封装以及良好的匹配性能都变得十分重要。为此， 设计人员在设计方法上加创新，制造工艺与封装技术的进步也为提升运放性能提供了一定的保证。在多方因素推动下，下一代运算放大器正朝着速度更快、集成度更 高、价格更低的方向发展。

从市场需求的角度看，全球对放大器的需求都保持强势增长。中国市场也不例外，尤其在消费和通讯领域。凌特公司信号调理产品线总经理Erik Soule表示，“通讯和网络基础设备市场已经开始复苏，未来几年这类设备在中国会有很大增长。而这些应用都需要高速ADC驱动器，以及低噪声、低输入偏 压运放等产品。”

ADI公司产品线经理Curt Ventola认为，未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一，便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长；其二，高分辨 率应用需要能降低噪声和失真度的放大器；其三，由于性能和价格压力持续上扬，因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。

意法半导体公司(ST)亚太区标准线性IC产品行销经理Leon LEE也指出，测试和测量、通讯、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力；DSL和消费类视频应用是{zd0}的市场，而且未来将继续此趋势。 其中，DSL运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及DC恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。

市场调查公司Databean资料显示，高速、低电压/低功耗、高精度三类运算放大器的市场预计在未来的五年会稳步增长，年复合增长率分别 达到13%、8%及11%，通用运算放大器的年复合增长率预计为5%。

从应用的角度讲，不同的系统对运放有不同要求，选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用，交流 特性极为重要。但对于低速的高精度系统，直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等；而衡量系统在直流特性 方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。

本文将从应用需求、技术特点和工艺封装等方面探讨这四类运放的技术发展趋势和应用热点。

通讯和视频应用使高速运放成为焦点

高速运放泛指频宽高于50MHz的运放，而现在为了与信号链后端组件(例如高速ADC或处理器)的需求相匹配，运放的频宽记录已突破 GHz。这主要源于后端组件的效能近年来显著提升，因而位居信号链前端的运放为了与后端组件相匹配，以避免拖累信号链的整体效能表现，于是开始向高速化发 展，未来高速运放可能跃升为主流运放产品。

据DataBean预测，高速运放将逐渐侵占其它运放产品的市场占有率。以出货金额计，到2009年，高速运放占整体运放市场规模的比重将 达到三成，而通用型运放则下降到两成以下。

Intersil公司模拟信号处理部行销副总裁Simon Prutton指出，驱动高速运放市场增长的主要应用是模拟视频处理和传送以及通讯系统。而且，伴随更高的分辨率显示和射频频谱的有效使用，这两种应用在 未来将会给设计人员提出新的挑战。意法半导体公司亚太区标准线性IC产品行销经理Leon LEE也表示，由于蜂窝电话、数码相机、DVD/TV和多媒体应用的驱动，视频放大器等高速运放将大幅增长。

总体而言，高速运放主要应用在xDSL调制解调器、机顶盒以及视频系统中，或是担任高速ADC的前级信号调整角色。这类运放对于信噪比和失 真度的要求最为严格，因此半导体厂商在设计这种运放时，普遍采用差动输出的形式。

与传统采用“二入一出”架构的运放相比，“二进二出”的差动输出由于同时输出两个反相的信号，因此系统工程师可以通过两个信号的比较得知输 出信号在未受噪声或失真影响前的波形，从而使设计工程师可以及时解决信号链上可能出现的问题。

例如ADI公司{zx1}推出的高速运放AD8045，该器件具有易用的电压反馈结构、归一化增益稳定性，以及专为高性能系统而优化的引脚输出。 器件速度达到1GHz，并具有低噪声和低失真等特性，适用于多种高速应用，包括医疗设备、自动测试设备以及数据采集系统。

针对高速视频和监控应用，Intersil公布一款三放大器EL5367，它采用专有的定制结构来隔离其三个放大器，该器件打破了1GHz 的速率极限。EL5367的总供电电流仅25mA，可在5V至12V的单供电电压范围内工作，能够驱动高于QXGA(2048×1536象素)的分辨率应 用。

典型的视频驱动架构采用交流耦合或直流耦合方案。采用交流耦合的系统需要大的外部电容，但不需负电源轨。采用支流耦合的系统不需要昂贵的大 外部电容，但需要负电源轨。Intersil的视频放大器ISL59830则是在芯片上生成负电源轨并允许视频信号的直流耦合，能用单独 3.3V电源供电。而凌特的LT6555/6是 2:1多路复用三通道视频放大器，适于LCD投影仪和高清晰度视频应用。便携式应用催生低电压/低功耗运算放大器

随着手机、PMP等依赖电池供电的便携式产品出现，强调低功耗、低电压的运放应运而生。一般定义下的低电压运放，指工作电压低于2.5伏 特，而所谓的低功耗运放，通常指供电电流低于1mA。这类运放大多用在音频系统或是电压比较电路、滤波器等不需要太高频宽的应用。

此外，在测试、测量和医疗系统，工程师也希望在低功耗水平下获得改进的性能(例如，更高的带宽、更快的转换率和更低的失真度)，所以在这些 领域低功耗运放也有创新机会。

针对便携式视频应用，ADI公司推出ADA4850-X系列放大器，能提供轨至轨(R-R)输出特性，工作电源电压低于2.7V。该产品可 大幅降低失效电流，能够延长便携式视频应用的电池寿命。

此外，ADI的6通道视频放大器ADA4410-6还整合了视频滤波器，是一种单芯片解决方案。该产品能够节省50%的功耗同时具有高可靠 性。能使用户获得具有{zj0}高清晰度视频影像质量的低成本方案。

美信的低成本、低功耗、xx功率/电流监视器MAX4210/MAX4211，提供与负载功耗成正比的模拟输出电压，负载功耗用负载电流乘 以源极电压计算。MAX4210/MAX4211利用xx电流检测放大器来测量负载电流，由于不影响负载的接地通道，因而尤其适合电池供电系统。

测试测量等应用推进高精度运放发展

高精度运放一般指失调电压低于1mv的运放。与低电压/低功耗运放不同，这类产品由于对信号精准度的要求极高，如果将这类运放整合到后端芯 片中形成SoC，其它电路的噪声将严重干扰此类运放的正常运作，因此就现阶段的技术来看，这类运放将是最不容易被整合的组件。高精度运放可用于工业自动 化、医疗器材、量测仪器、汽车电子、甚至军事国防等不同领域。

不同的应用对放大器提出不同的技术要求。美信公司多媒体业务部应用工程师 Prashanth Holenarsipur指出，用户在寻求理想的运放，他们希望获得针对特殊应用的附加特性，以及极小的封装和低电源电流，多种需求为制造精密运放带来挑 战。

Intersil的EL8176 和 EL8178可实现100微伏的{zd0}输入补偿电压，而达到这点只需75毫安的电流，并能获得700 kHz的增益带宽。

凌特推出的LT1994是3V和5V电源供电的高性能全差分运放，能提供16位精度，可驱动高分辨率模数转换器。该器件在电压低至 2.375V时仍保证工作，并具有轨至轨输出，无需负电源就可直接驱动2.5V和3V的SAR ADC。

凌特的Erik Soule介绍说:“由于模数转换器向更低电压、单电源和高性能发展，因此需要能够于不降低性能的前提下在共模电源轨上工作的差分放大器。LT1994 满足了这种需求，为客户提供了能够驱动16位ADC的单电源解决方案。

”

此外，凌特还发布了两款高电压(105V)电流检测放大器。其中LTC6101采用小型SOT封装，具有1uS的快速响应时间和高精 度；LT6100结合高精度和管脚配置的特性，不需外部增益设置电阻。

通用运放在传统应用领域仍有发展空间

虽然随着应用需求不断变更，运放供货商必须顺应市场变化推出相应的新产品。然而因为运放在业界已被广泛采用数十年之久，有些应用产品的生命 周期也长达十多年，因此很多传统产品仍有其一定的市场需求，例如在汽车与工业自动化领域，就有很多设备还是需要用到传统的通用运放。

通用运放对工程师而言，可以说是最常用的半导体组件之一。通过外部电阻的不同配置，一颗运放可以对输入信号进行各种微调后再输出，以符合信 号链后端的

ADC、电源管理芯片等组件的输入信号要求。正因为其简单易用的特性，再加上极为经济实惠的价格，因而使得这类放大器始终在出货量上稳居运 放市场的主流地位。

然而，为顺应PCB板尺寸不断缩水，以及制造工艺发展所造成的输入电压下降的趋势，通用型运放也必须革新应变。例如凌特推出的 LT1990/1/2/5/6放大器，就集成了精度匹配电阻，不同型号按照高精度、高速度或高电压应用进行优化，可用作反相、非反相或差分放大器连接。

综上所述，未来高速运放有望取代通用运放成为主流产品，但从整体看，各类运放的市场规模都将呈现增长态势。便携式音频/视频播放器、无线通 讯、医疗成像、工业和仪器仪表等应用领域都将为下一代运放创造新的机会。

制造工艺与封装技术进步提升运放性能

新应用对运放提出诸如高速、低功耗、高集成度等新的技术要求。为此，设计人员不断探索新的设计方法，但只从设计着手不足以实现具有竞争力的 产品，只有配合适当的制造工艺和封装技术才能将不断优化产品性能，适应新的应用需求。美国国家半导体(NSC)亚太区放大器产品市场经理胡国佳指出，“运 放产品的竞争力其实是电路设计、制造工艺技术、封装技术三者的函数，少了任何一个环节，都无法在市场上推出具有竞争力的产品。”

目前运放产品主要采用CMOS、双极、BiCMOS等工艺制造。许多运算放大器系列都提供单通道、双通道和四通道三种封装形式，从而为设计提供了最 大的灵活性。各种新型封装的电路板占位面积正在日益缩小。单通道运算放大器可采用SOT23封装以及结构相似但外形更加小巧的SC70封装，双通道器件有 SOT23-8封装，采用WCSP芯片级封装的运算放大器的占位面积更小。此外，{lx1}半导体厂商还在不断研发新的工艺和封装技术以进一步提升运放产品的性 能。

NSC表示已有针对低电压、低成本、高速、低噪声、高集成度等不同需求所设计的五种制造工艺。以低电压、低功耗的运算放大器为例，由于 NSC拥有先进的CMOS/BiCMOS工艺技术，而且可将产品装配在极为小巧的封装之内，因此早在1994年NSC就推出{sk}采用 SOT23封装的单组装运算放大器 (LMC7101)并在1997年推出采用SC70“矽尘”封装的运算放大器(LMV321)。目前这两种封装已成为单组装运算放大器的业界标准封装。

为顺应新一代通信设备、视频产品及其它高速系统需要较低功耗的趋势，NSC开发了自有的 VIP10互补双极工艺技术，这是一种速度快而又以电介质绝缘的互补双极集成电路工艺技术，可以将深沟技术应用到压焊圆片上，以便可以利用电介质实现xx 绝缘，确保高速放大器可以充分发挥其性能。NSC在2001年推出首系列采用VIP10工艺技术制造的LMH系列高速运算放大器。

其中LMH6738和LMH6739，

信号带宽达到750MHz，可驱

动目前应用中的{zg}分辨率

视频信号，其应用包括LCD

投影机、多媒体设备、视频会

议系统和HDTV、xDSL调制

解调器以及机顶盒等高速应

用方案。

此外，ADI公司也利用先进工艺

和封装技术积极开辟放大

器领域的新天地。该公司产品

线经理Curt Ventola表示，ADI

将凭借多年的设计经验以及

XFCB(超高速互补双极型)工 图1：高精度放大器

艺技术和WLCSP封装技术开

发出适合更多新要求的放大器产品。WLCSP 是一种晶圆级芯片封装技术，可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，{jd1}尺寸仅有32平方毫米，约为普通BGA封装的1/3，仅仅相当于TSOP 封装内存芯片面积的1/6。

而Intersil则采用互补 BiCMOS工艺技术制造新型系列运放产品。其中包括电流反馈、电压反馈、精度运放、低噪声运放和各种差分线驱动放大器。

设计人员一直在寻求更好的性能，对于电池驱动系统，这通常表现在低功耗方面；而在工业、医疗和感测应用领域，精度和噪声性能又成为关键指 标，在某些情况下这就驱使采用更小的几何工艺。

对于蜂窝电话和便携式多媒体应用，要求放大器具有小巧的物理尺寸；兼容低电压；待机状态下具有{zd1}的功耗；抑制电源噪声，尤其对蜂窝电话而 言；具有高效率，能提高电池使用寿命。这些特性上的要求需要采用先进的亚微米CMOS或 BiCMOS工艺技术(0.5μm to 0.18μm)以及先进的封装技术，例如倒装芯片。

而对于DVD和其它视频应用，带有非常平直的30MHz带宽的高速放大器可用于高清数字电视；在视频放大器中集成重构的滤波器，可以滤除来 自视频数模转换器的噪声；多输入/输出视频放大器支持不同格式的视频信号，这就需要采用双极或BiCMOS工艺技术。

目前ST正以小封装形式提供低成本系列的宽带、负输入轨和输出轨至轨运算放大器。其TSH8x器件可满足大批量视频应用要求，如RGB信号 驱动和切换，这些应用需要低成本的高性能信号放大和信号调节。 TSH80、TSH81和 TSH82分别是单运放、有待机模式的单运放和双电压反馈运放器件。

凌特公司则采用CMOS、 BiCMOS、双极和先进的射频工艺技术，开发出各类放大器产品。例如该公司针对高性能视频领域推出的型号为LT6553的放大器，分辨率超过了 1600x1200像素，适用于SXGA和UXGA LCD投影仪及监视器、扫描仪，以及车载导航和车内视频系统等汽车显示器系统、数码相机及CCD影像系统。对于简单的多路复用和信号路由，LT6553具 有关/闭功能，能够在50ns内启动，适合扩频和便携式应用。

德州仪器公司(TI)高速信号调节产品部战略市场经理Jim Karki表示，TI采用{lx1}的工艺技术可满足高速放大器用户的不同要求。例如，OPA727就是TI采用e-trim技术设计的高精度、高速12V CMOS运算放大器，该器件属于其Burr-Brown产品线。e-trim是TI的一种新型微调技术，能够在制造的最终阶段对失调电压及温度漂移进行校 准。

对DSL应用而言，快速、高电压处理很关键。目前TI正以新的工艺技术拓展在该领域的能力以满足未来的需要。TI已推出高输出电流、高增益 带宽的双运算放大器OPA2614。该器件具有低输入电压噪声和低谐波失真等特性，可为差动配置的DSL驱动器解决方案提供高动态范围。Jim Karki透露，很快 TI将发布16:04 2008/8/20多的集成模拟视频处理产品。

降低噪声与提高集成度是未来运放发展的瓶颈

众所周知，噪声对运放是非常关键的指标。在大多数应用中，运放的前面都会有感测组件，其后端则有 ADC与处理器，这些组件共同构成一个典型的信号传输路径。由于运放周边配置的外部组件会带来噪声，如果运放本身的噪声也很大，那么对ADC而言，噪声将 会淹没有效信号，这样以来，不管 ADC的分辨率与频宽有多少，它输出给处理器的就只有噪声，这极大地影响了系统的正常运作。

所以不管是通用型、低电压/低功耗、还是高精度或高速运放，都需要把组件本身的噪声抑制到{zd1}程度，才能有效实现信号路径的整体匹配，达到 {zj0}的应用效果。

此外，为满足日益丰富的应用需求，放大器不再只是单一的产品，而是与其它器件集成在一起以提升性能与产品价值。例如在视频放大器中整合滤 波、多路技术以及DC恢复等功能。

而且，单一的放大器也需要集成更多特性。正如凌特的Erik Soule指出，对运放而言，多重特性集成是很重要的，因为设计人员经常要针对某种应用修改20到30个参数以优化放大器的特性和功能，这增加了设计复杂 性。例如，为满足便携式产品低功耗的要求，新的放大器技术需要减小电压和电流噪声，同时还需要进一步降低成本，在更小的封装中集成更多的性能。