低噪聲放大器的指標分析

張利敏?曾幸

（1）重要指標分析

①增益帶寬積：運放開環增益/頻率圖中，指定頻率處，開環增益與該指定頻率的乘積。

理解：如果運放開環增益始終滿足-20dB/10倍頻，也就是頻率提高10倍，開環增益變為0.1倍，那么它們的乘積將是一個常數，也就等于前述的“單位增益帶寬”，或者“1Hz處的增益”。

在一個相對較窄的頻率區域內，增益帶寬積可以保持不變，基本滿足-20dB/10 倍頻的關系，我們暫稱這個區域為增益線性變化區。要想獲得高增益就必須得犧牲帶寬，因為增益帶寬積是一個常數。

②壓擺率（Slew Rate）

定義：閉環放大器輸出電壓變化的最快速率。用 V/μs 表示。

優劣范圍：從 2mV/μs 到 9000V/μs 不等。

理解：此值顯示運放正常工作時，輸出端所能提供的最大變化速率，當輸出信號欲實現比這個速率還快的變化時，運放就不能提供了，導致輸出波形變形——原本是正弦波就變成了三角波。

③相位裕度（Phase Margin）

定義：在運放開環增益和開環相移圖中，當運放的開環增益下降到1時，開環相移值減去-180°得到的數值。相位裕度和增益裕度越大，說明放大器越容易穩定。

失真與噪聲響應

④建立時間（Settling Time）

定義：運放接成指定增益（一般為 1），從輸入階躍信號開始，到輸出完全進入指定誤差范圍所需要的時間。所謂的指定誤差范圍，一般有 1%，0.1%幾種。

優劣范圍：幾個 ns 到幾個 ms。

理解：建立時間由三部分組成，第一是運放的延遲，第二是壓擺率帶來的爬坡時間，第三是穩定時間。很顯然，這個指標與 SR 密切相關，一般來說，SR 越大的，建立時間更小。

⑤Vos（輸入失調電壓）

定義：在運放開環使用時，加載在兩個輸入端之間的直流電壓使得放大器直流輸出電壓為 0。也可定義為當運放接成跟隨器且正輸入端接地時，輸出存在的非 0 電壓。優劣范圍：1?V 以下，屬于極優秀的。100?V 以下的屬于較好的。最大的有幾十mV。

理解：任何一個放大器，無論開環連接或者反饋連接，當兩個輸入端都接地時，理論上輸出應該為 0，但運放內部兩輸入支路無法做到完全平衡，導致輸出永遠不會是 0。此時保持放大器負輸入端不變，而在正輸入端施加一個可調的直流電壓，調節它直到輸出直流電壓變為 0V，此時正輸入端施加的電壓的負值即為輸入失調電壓，用Vos表示。但是，多數情況下，輸入失調電壓不分正負，生產廠家會以絕對值表示。

后果：當一個放大器被設計成AF倍閉環電壓增益（同相輸入放大增益，也稱噪聲增益）時，如果放大器的失調電壓為Vos，則放大電路0輸入時，輸出存在一個等于AFVos的直流電平，此輸出被稱為輸出失調電壓。閉環增益越大，則輸出失調電壓也越大。

⑥Vos（輸入失調電壓偏移）

定義：當溫度變化、時間持續、供電電壓等自變量變化時，輸入失調電壓會發生變化。輸入失調電壓隨自變量變化的比值，稱為失調電壓漂移。

3）相對于電源電壓變化的比值，以 ?V/V 為單位，含義是調好的放大器，當電源電壓發生 1V 變化，會引起失調電壓的變化。沒有明確的符號，常用文字表示。此數值在很多放大器數據手冊中沒有體現。

優劣范圍：0.002?V/°C 到幾十 ?V/°C。

理解：

失調電壓漂移量，與數據手冊上標注的失調電壓（或稱之為初始失調電壓）本身有密切關系。初始失調電壓小的，其漂移量也小。從多種放大器手冊指標看，有以下規律：

1） 溫度變化 40～500 度可能帶來的失調電壓變化，等同于初始失調電壓。

2） 10～100個月帶來的失調電壓變化，等同于初始失調電壓。

后果：很嚴重。因為它不能被調零端調零，即便調零完成，它還會帶來新的失調。在高精度、高穩定性要求的場合，選擇漂移系數較小的放大器，比失調電壓大小更為重要。

⑦IB（輸入偏置電流）

定義：當輸出維持在規定的電平時，兩個輸入端流進電流的平均值。

優劣范圍：60fA～100?A。數量級相差巨大，這取決于運放輸入端結構，FET 輸入的會很小。

對策：為避免輸入偏置電流對放大電路的影響，最主要的措施是選擇IB較小的放大器。有很多 FET 輸入運放可以實現這個要求。

⑧Ios輸入失調電流

定義：當輸出維持在規定的電平時，兩個輸入端流進電流的差值。

優劣范圍：20fA～100?A。數量級相差巨大，這取決于運放輸入端結構，FET 輸入的會很小。

后果：失調電流的存在，說明兩個輸入端客觀存在的電流有差異，用外部電阻實現匹配抵消偏置電流影響的措施，在此就失效了。

⑨噪聲

芯片數據手冊中的en（Input Referred Voltage Noise）為輸入電壓噪聲，in（Input-Referred Current Noise）為輸入電流噪聲。endprint