基本结构-toc" style="margin-left:0px;">1、运输的基本结构
2.解读运输参数
2.1 工作范围
2.2 电气参数
2.2.1 失调电压（offset voltage）
2.2.2 共模电压（VCM）和共模抑制比（CMRR）
2.2.3 偏置电流（bais current）和失调电流（offset current）
2.2.4 噪声水平（Noise）
2.2.5 输入阻抗和输出阻抗
2.2.6 开环增益
2.2.7 频率响应
参考资料：
计算放大器的出现大大降低了硬件模拟前端电路设计的难度。然而，在高精度模拟信号处理电路中，充分利用运输并不容易，更不用说设计符合系统要求的运输和放电电路了。高端电路往往蕴含着简单的设计逻辑我们仍然需要从运输和放大器的基本原理开始。当然，这篇文章不会从最基本的晶体管开始。默认情况下，你有一定的模电基础。
1、运输的基本结构
在比较运输参数之前，有必要对运输的基本结构有一定的了解。如图1-1所示，通用运输LM2904 的内部结构简图：
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输入级两组PNP串联，提高输入阻抗，降低输出偏置电流；
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镜像恒流源控制两个下管NPN集电极电流相等，这也是运放调节功能的关键；
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中间级是运放的放大级，这里主要获得运放的开环增益；
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如果IN =IN-，那两个恒流源NPN电流相等，从中间级抽走的电流为零；
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内部电流源的配置可以使用OUT 和虚拟地等电位；
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输出级一般设计为推拉形式，提高输出负载能力；
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补偿电容的作用是补偿输出和输入之间的相位差，抑制使用过程中可能发生的冲击；
这里需要注意的是，因为LM2904成本相对较低，输入级后直接达到中间级。一般运输（如经典的741运输）将在输入级和放大级之间增加一级差动放大电路，进一步提高电路的共模抑制比。
图1-1 LM2904 内部功能简图
2.解读运输参数
2.1 工作范围
运输范围主要定义了外界接口电路能承受的电压范围和芯片能工作的温度范围。运输本身的硬件特性与内部晶体管的设计参数密切相关。使用运输时，应特别注意运输是否始终保持在允许的工作范围内，以防止运输故障。
本文列举了LM2904 如图2-1、图2-2：
图 2-1 LM2904 运放参数1
图 2-2 LM2904 运放参数2
2.2 电气参数
本文列举了LM2904 解释数据手册中的常规运输参数，如图2-3、图2-4：
图2-3 LM2904基本电气参数1
图2-4 LM2904基本电气参数2
2.2.1 失调电压（offset voltage）
如果输入的同相端是理想的运输VIN 输入的反相端VIN-如果连接较短，则输出应为零。事实上，由于晶体管在制造过程中的差异，很难完全对称，因此输出不能为零，输入端的小电压源将叠加在正常信号上。该电压称为失调电压VIO=-（Vo|Vi=0）/Avo，其中Avo是运放的开环增益。
幸运的是，这种电压属于固定偏置，我们可以通过调零来消除。常用的调零方法有两种:手动调零和程控调零。手动调零是将叠加电压引入外部，以抵消输出的原始失调电压，如图2-5所示；程控调零更智能。在同相端和反相端设置开关，当开关关闭时获得输出的失调电压，ADC采集时直接减去直流偏置，达到电压调零的目的。
失调电压会随温度漂移，输入失调电压的温漂参数也会在数据手册中给出dVOS/dT。也就是说，失调电压不是固定的，会随着温度的变化而变化。这里介绍一下这个参数。放大小信号/微信号时，要特别注意输入端PCB焊接和环路处理。电阻引脚和PCB此外，它们之间的焊属于不同的材料连接在一起，在不同材料的连接处会产生热电偶效应，这个小信号也会引入运输电路，形成等效的输入失衡电压。幸运的是，只要我们的环路足够小，这两个焊点之间的电压就可以相互抵消。
图 2-5 反相端失调电压补偿
2.2.2 共模电压（VCM）和共模抑制比（CMRR）
虽然运输属于差动放大电路，但理论上共模电压会相互抵消。然而，共模电压会影响静态工作点，特别是当工模电压接近电源轨道时（VCC 和VCC-）将内部晶体管从线性区域输入非线性区域，导致电路功能异常。 这就是为什么许多低压应用程序需要设计为轨道轨道（Rail-to-Rail）原因是线性工作区域尽可能向电源轨推。虽然许多运输被称为轨道导轨，但我们在应用时仍然不能忽视共模电压的重要参数，并试图使运输工作在规定VCM在下面，有一定的线性区域余量。
共模抑制比（CMRR）它属于运输和抑制共模信号的能力。参数越大，防止共模干扰的能力就越强。同时，随着频率的增加，我们正在进行高频模拟端电路的时候要特别关注这个参数。
图 2-6 CMRR 和频率的关系
2.2.3 偏置电流（bais current）和失调电流（offset current）
运放的偏置电流其实我更倾向于叫它输入静态电流，因为BJT集成运放的输入端是差分对管的基极，运放需要正常工作必须有一个静态工作点，使得运放的晶体管进入线性区。如图2-7，偏置电流IIB=（（Ib+）+（Ib-））/2=5pA，这个电流会影响运放的输入阻抗特性；失调电流IOS=（（Ib+）-（Ib-））=4pA。我们知道一个优秀的运放，应该输入阻抗表现出无穷大；但是，信号源到运放输入端总是存在等效阻抗的，如果不进行阻抗的补偿，那么会引起输出的漂移。
图 2-7 偏置电流和失调电流的定义
如图2-8，我们看一下这个隔离运放的前端。这个电路用于电压采样，如果直接将VINP和VINN直接接到采样电阻R3的两端，那么即使HV电压为零，偏置电流IIB也会在R3上产生一个电压，这个电压会引入到差分运放的输入。那么为了补偿掉这个偏置电流的影响，我们就需要在实际应用中设置一个R3'=R3的补偿电阻，这样IIB'同样会流过R3'，获得相同的电压从而使VINP=VINN。
图 2-8 运放偏置电流的补偿
失调电流和失调电压类似，如果说偏置电流是共模干扰，我们可以通过阻抗匹配进行抵消。那么失调电流就属于对管不对称引入的差模信号了，这个差模电流会在信号源内阻上产生输入电压，破坏运放的平衡。同样，失调电流也会受到温度的影响而漂移，这里也有一个参数用于描述温度对失调电流的影响dIIO/dT。
2.2.4 噪声水平（Noise）
噪声信号属于随即信号，这是器件的工艺水平所决定的。一般晶体管的噪声有：热噪声、散粒噪声、闪砾噪声。噪声的水平用噪声电压密度进行衡量，单位为nV/sqrt(Hz)。这是对器件噪声水平的衡量指标，如果对整个放大电路进行评估，可以使用信噪比进行衡量。
2.2.5 输入阻抗和输出阻抗
输入阻抗用是衡量一个运放“虚短虚断”能力的一个指标，我们希望尽可能提高输入阻抗，这样对信号源的输出阻抗要求就没有那么高，降低运放对输入信号的衰减影响。
输出阻抗则是用来衡量运放驱动能力的一个指标，输出的阻抗我们希望越小越好，阻抗越小输出能力越强。应用运放的输出能力，我们可以构建设计跟随器，来提高信号的驱动能力。
图 2-9 电压跟随电路
2.2.6 开环增益
开环增益决定了运放的放大能力，同样也决定了负反馈放大电路中反馈的深度。开环增益越大，放大电路的反馈深度能够做得越深，那么动态响应的性能就越好。但是过高的开环增益可能会导致反馈环路的不稳定甚至震荡，需要我们在电路设计中特别小心超高开环增益运放的使用。在负反馈电路中，常常使用的一个小技巧，通过在输出和反相端接入一个3~10pf的电容来补偿运放的相位，防止输出出现震荡，注意这可不是积分电路哦！
图 2-10 负反馈的相位补偿
2.2.7 频率响应
在频率特性参数里面，最重要的就是带宽增益积（GBW）和压摆率（SR）。开环增益参数体现的是运放的直流输出特性，随着频率的升高，内部的晶体管结电容的存在会影响运放的增益和相位。简单来看，带宽和增益的积是一个固定值（其实是粗略的等效）。一般我们定义Gain=1的带宽增益积，这样我们可以快速评估，在特定频率下的反馈深度（开环增益Avo）。实际精确的频率响应，我们还是要参考带宽增益曲线，如图2-11。
图 2-11 开环增益和相位随频率变化
压摆率反应的是运放的“开关”响应速度，当运放的信号达到的压摆率的边缘，那么运放一定已经不是工作在线性区了。要么由线性区进入饱和区，要么由饱和区进入线性区。
举个例子，一般我们常常采用运放构造PI调节器。如图2-12，如果反馈的信号一直没有达到参考ref，误差信号就会在积分器输出累计，导致输出偏向电源轨（可能正偏也可能反偏），最终PWM-Duty达到最大，积分器进入饱和。那么在这个时候，如果将ref 调小，PWM-Duty能够达到输出要求，运放并不能马上进入负反馈，而是沿着压摆率（最快的速度）退出饱和。退饱和到反馈调节，响应速度可能是不如在线性区的开环增益大（响应速度快），这就是压摆率在环路响应中的意义。
图 2-12 运放构造的积分电路
图 2-13 压摆率的测试波形
参考资料：
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https://www.analog.com/media/cn/training-seminars/tutorials/mt-037_cn.pdf
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https://www.sohu.com/a/118787915_505803
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https://blog.csdn.net/weixin_45633643/article/details/107633554
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http://www.add.ece.ufl.edu/4924/docs/TI_SingleSupply.pdf
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https://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lm2904.pdf