运算放大器工作原理及选择

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压温漂造成的误差 μV 0.5
输入失调电流温漂造成的误差 μV 0.05
合计本项误差为 μV 0.55
输入信号200mV时的相对误差 % 0.0003
输入信号100mV时的相对误差 % 0.0005
输入信号 25mV时的相对误差 % 0.0022
输入信号 10mV时的相对误差 % 0.0055
输入信号 1mV时的相对误差 % 0.055
初步结论是：在使用高精密运放时，由于失调电压温度系数很小，几乎没有造成影响，使得它能够放大1mV以以下的直流信号。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压造成的误差 μV 0.7
输入失调电流造成的误差 μV 0.4
合计本项误差为 μV 1.1
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压温漂造成的误差 μV 0.5
输入失调电流温漂造成的误差 μV 0.09
合计本项误差为 μV 0.59
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差。由于这些误差太小，不调零时的总误差不过2μV，所以忽略。

3．1 例一，运算放大器的对直流小信号放大的影响
这里的直流小信号指的是信号幅度低于200mV的直流信号。
为了便于介绍，这里采用标准差分电路。这里假定同相输入端的输入电阻为R1，同相输入端的接地电阻为R3，反相输入端的输入电阻为R2，反相输入端的反馈电阻为R4。运放采用双电源供电。假定R1=R2=10k欧姆，R1=R2=100k欧姆，这样放大电路的输入电阻=10k欧姆，运放的同相端和反相端的等效输入电阻=10k欧姆并联100k欧姆≈9.09 k欧姆，输入增益Av=10。
这里假定工作温度范围是0~50℃，所以假定调零温度为25℃，这样实际有效变化范围只有25℃，可以减小一半的变化范围。
还假定输入信号来自于一个无内阻的信号源，为了突出运放的影响，这里暂时不考虑线路噪声、电阻噪声和电源变动等的影响。
这里选用通用运放LM324、高阻运放CA3140、高速运放HA5159、低功耗运放LF441、精密运放OP07D、高精度运放ICL7650等6种运放来比较运算放大器的对直流小信号放大的影响。由于不同厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于中南工业大学出版社出版的《世界最新集成运算放大器互换手册》，所选的集成运算放大器指标如下：

LM324的主要指标为：
项目 单位 参数
输入失调电压 μV 9000
输入失调电压温度漂移 μV/℃ 7
输入失调电流 nA 7
输入失调电流温度漂移 pA/℃ 10

这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压造成的误差 μV 9000
输入失调电流造成的误差 μV 63.6
合计本项误差为 μV 9063
输入信号200mV时的相对误差 % 4.5
输入信号100mV时的相对误差 % 9.1
输入信号 25mV时的相对误差 % 36.3
输入信号 10mV时的相对误差 % 90.6
输入信号 1mV时的相对误差 % 906
初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。

这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压温漂造成的误差 μV 175
输入失调电流温漂造成的误差 μV 2.3
合计本项误差为 μV 177.3
输入信号200mV时的相对误差 % 0.09
输入信号100mV时的相对误差 % 0.18
输入信号 25mV时的相对误差 % 0.71
输入信号 10mV时的相对误差 % 1.77
输入信号 1mV时的相对误差 % 17.7
初步结论是：在使用LM324时，由于输入失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。

若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的输入失调误差造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压造成的误差 μV 9000
输入失调电流造成的误差 μV 127.3
合计本项误差为 μV 9127
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目 单位 参数
输入失调电压温漂造成的误差 μV 175
输入失调电流温漂造成的误差 μV 4.5
合计本项误差为 μV 179.5
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。