运算放大器基础

尽管运放的电压规格通常被指定为对称的两极电压(如±15 V)，但是这些电压却不一定要求是对称电压或两极电压。对运放而言，只要输入端被偏置在有源区域内(即在共模电压范围内)，那么±15V的电源就相当于+30V/0V电源，或者+20V/–10V电源。运放没有接地引脚，除非在单电源供电应用中把负电压轨接地。运放电路的任何器件都不需要接地。

高速电路的输入电压摆幅小于低速器件。器件的速度越高，其几何形状就越小，这意味着击穿电压就越低。由于击穿电压较低，器件就必须工作在较低电源电压下。

如今，运放的击穿电压一般为±7V左右，因此高速运放的电源电压一般为±5V，它们也能工作在+5V的单电源电压下。

对通用运放来说，电源电压可以低至+1.8V。这类运放由单电源供电，但这不一定意味必须采用低电源电压。单电源电压和低电压这两个术语是两个相关而独立的概念。

运放的工艺技术

运放主要采用双极性工艺技术，但在要求在同一芯片中集成模拟和数字电路的应用中，采用CMOS工艺的运放工作得很好。JFET有时在输入级采用，以增加输入阻抗，从而降低输入偏置电流。FET输入运放(无论是N沟道还是P沟通)允许芯片设计工程师设计出输入信号电平可扩展至负电压轨和正电压轨的运放。

由于BJT是电流控制型器件，所以输入级中的双极晶体管总是汲取一些偏置电流(I_B)(图7)。但是，I_B会流经运放外部的阻抗，产生失调电压，从而导致系统错误。制造商通过在输入级采用super-beta晶体管或通过构建一个补偿偏置输入架构，来解决这个问题。super-beta晶体管具有极窄的基极区，该基极区所产生的电流增益要比标准BJT中的电流增益大得多。这使得I_B非常低，但这是以频率响应性能降低为代价的。在偏置补偿输入中，小电流源被加在输入晶体管的基极，这样，电流源可提供输入器件所需的偏置电流，从而大幅减小外部电路的净电流。

与BJT相比，CMOS运放的输入阻抗要高得多，从而使该电流源输出的偏置电流和失调也小得多。另一方面，与BJT相比，CMOS运放具有更高的固有失调电压和更高的噪声电压，特别是在频率较低的情况下。

按应用对运放进行分类

芯片制造商利用不同的电路设计和工艺技术来强调针对特定应用的某些运放特性。上表列出了这些运放类型的常用术语，以及它们的特性和应用范围。

作者：Gene Heftman，特约编辑，《Electronic Design》