小信号放大电路的指标定义与选型分析

在运放选型中，一些常用的指标选择比较简单，例如根据自身供电选择供电电源、根据增益及带宽选择增益带宽积(GBW)、根据精度要求选择等效输入电源电压/电流、根据空间选择封装等等。

但是在一些小信号放大电路中，还有一些比较精细的指标需要仔细分析对比。

1. 几种相关指标的定义

这里主要说说运放的失调电压、失调电流、偏置电流、输入阻抗以及输入级(定义主要参考ADI技术资料MT-035、MT-037、MT-038等)。

1.1. 失调电压

理想状态下，如果运算放大器的两个输入端电压完全相同，输出应为0 V。实际上，还必须在输入端施加小差分电压，强制输出达到0。该电压称为输入失调电压Vos。输入失调电压可以看成是电压源Vos，与运算放大器的反相输入端串联，如图所示。

1.2. 偏置电流

理想情况下，并无电流进入运算放大器的输入端。而实际操作中，始终存在两个输入偏置电流，即IB+和IB-。

1.3. 失调电流

“输入失调电流”IOS是IB–和IB+之差，即IOS = IB+ − IB–。

1.4. 输入阻抗

电压反馈(VFB)运算放大器通常具有差模和共模两种指定的输入阻抗。

共模输入阻抗数据手册中的规格参数(Zcm+和Zcm–)是从任一输入至地(不是从两者至地)的阻抗。差分输入阻抗(Zdi­)是指两个输入之间的阻抗。这些阻抗通常是电阻性的，且阻值较高(105至1012 Ω)，还有一些并联电容(通常为几pF，有时可高达20至25 pF)。大多数运算放大器电路中，反相输入阻抗都通过负反馈降至极低值，起重要作用的只有Zcm+和Zdiff。

1.5. 运放输入级

双极性晶体管(BJT)输入，输入级使用双极性晶体管，其特性如下：

场效应晶体管(FET)输入，输入级场效应管，其特性如下：

2.选型分析

当进行小信号放大(电压信号)时，必须根据信号源的幅值和输出阻抗来进行选型。

2.1. 失调电压Vos

在某些应用中，信号源的幅值很低，例如1mV。而很多运放的失调电压接近大于1mV，例如将1mV信号源输入到-1mv失调电压的运放，放大后的输出信号0V。

因此，当信号源幅值很低，必须首先考虑运放的Vos。如果Vos跟被测信号幅度差不多，甚至更大，则放大后的信号幅值会远远偏离预期。虽然这个偏置可以通过调零电路来调，但是Vos较大运放，Vos随温度的漂移也会较大，还是会给测量精度带来很大影响。

此时，选择BJT输入级比较合适(Vos相对小)。

2.2. 输入阻抗

理想运放输入阻抗无穷大，信号源可以完全被放大器放大。但是实际运放的输入阻抗是个有限值。对于电压反馈型运入，输入阻抗主要由输入级的决定，一般BJT输入级的运放。的共模输入阻抗会大于40MΩ。差模输入阻抗大于200GΩ。对于JFET和CMOS输入级的运放，输入阻抗要大的多。

如果信号源的阻抗较大，例如1MΩ，运放输入阻抗是40MΩ，那么由于分压作用，实际输入到运放的信号幅度降低约2.5%。

因此，当信号源输出阻抗较大，选择FET输入级运放效果会更好;如果信号源输出阻抗较小，那么选BJT或者FET输入级都没问题。

2.3. Ib、Ios

当信号源输出阻抗较大，会存在较大的热噪声，偏置电流流经信号源的输出阻抗会产生电压噪声。

所以当信号源输出阻抗较大，选择FET输入级比较合适。

2.4. 确立主要矛盾

在实际的设计中，某些时候不同的项目适合的运放会产生冲突，例如小幅度大输出阻抗的信号源，考虑Vos需要选择BJT运放，考虑输入阻抗和Ib需要选择FET，那么就必须清楚哪个因素占主导地位，综合考虑实现总的误差最小。