便携式医疗监测仪器、助听器和安全监测设备都是必须使用电池并持续运行很长时间的产品。由于尺寸限制，可用功率在电源电压和电流方面受到严重限制。

用于这些应用的放大器必须在这些低电压下工作，并且消耗很少的电流。此外，它们的输入和输出信号范围应尽可能宽，以获得足够的动态范围(满量程信噪比)。最好的设备将具有可以从正电源到地摆动的输出电压和甚至可以超过电源范围的输入范围。能够到达两个电源“轨道”的放大器称为轨对轨放大器。

为这些应用选择放大器时，首先要考虑所需的性能，而不是制造工艺。低功耗产品可用于CMOS，双极和JFET工艺，但您不应该对每种工艺的性能范围有先入为主的看法。

直到最近，CMOS低压设计还不适合精确的低压操作。CMOS工艺的阈值电压相对较高，在1.8到2.1伏之间。由于大多数放大器设计至少需要两个V(TH)s才能工作，因此最小电源电压为>3v，即使在室温下。

双极设计，像CMOS，需要至少两个晶体管滴;但这些液滴是V(BE)s，所以1.8伏的操作是非常实用的。像OP293*双运放这样的放大器保证在2伏下工作，它们可以很好地工作到1.7伏。但是，必须注意确保在低温下保持功能，因为V(be)随着温度的降低而增加(约为-2 mV/°C)。因此，在-25°C下工作将需要超过最小室温工作电压的额外100 mV或更多的净空空间。

目前，还没有同时具有轨对轨输入和输出的JFET运放;AD820系列最接近的是其轨对轨输出。在要求低噪声、低偏置电流或宽带宽的应用中，JFET运算放大器是非常有利的。

微功率设计的局限性:与标准运算放大器相比，低电流放大器在带宽、输出驱动和噪声水平方面相对有限。每个参数的值取决于设计期间可用的技术。今天，微功率放大器可以实现10 kHz/µA的速度/功率比;这一数字将在明年翻一番以上。因此，有可能构建增益带宽产品超过兆赫兹的放大器，在小于100毫安的供电电流下工作。OP496是当今可能实现的一个例子;它的GBP大于300 kHz，而电源电流仅为45 μ a。

放大器宽带噪声取决于前端电流、晶体管尺寸和处理。由于它们的低功耗和通常较小的几何形状，低功耗设计通常具有相对较高的输入参考噪声。同样，OP496系列，其26nv /√赫兹，展示了当今技术的能力。

输出驱动很大程度上取决于驱动放大器输出级的电流。与标准放大器不同，轨对轨设计不能使用达灵顿或类似的配置来增强电流。在这些设计中，与高电流流相关的增加的电压降是不可接受的，因此输出驱动通常限制在微安;但有些产品设计(如OP293*)可以输出±8 mA，即使它只需要25µA的静态电源电流。

一个额外的输出要求是吸收和输出电流的能力。这将使输出在两个方向上以相同的速度转动。如果输出不能吸收电流，则需要添加下拉电阻。当然，这将使用不必要的电流和失败的目的，使用这样的放大器，以节省电力。

确定在低电压下正常工作的极限;这里有三种方便的方法来确定当电压降低时放大器是否真正工作:正弦波测试，偏置电压测试和供电电流测试。前两个测试分别用于检查交流和直流性能;第三种是通用测试。

正弦波测试是这些测试中最简单的。连接放大器以获得1和2之间的增益，并在放大器的共模范围内提供输入正弦波。要么查看示波器上的输出波形，要么测量其失真程度。当电源电压降低时，会有一个点，在这个点上波形会变得明显失真。在达到这一点之前是最小工作电压。

执行偏移vs。-电源电压测试，将放大器连接到高增益配置，并将输入接地。应设置增益，使输出端的放大偏置约为1伏特。从已知放大器正常工作的电源电压开始，然后测量并记录输出(偏移量)。减少电源并继续记录电源电压和偏置。当绘制这些值时，随着供电进一步减少，您通常会在图中看到一个拐点，其中偏移量迅速恶化，刚好低于正常运行的最小供电电压。

当工作电压降低时，内部偏置电路开始关闭。乍一看，放大器仍然会出现工作，但性能可以大大退化。此外，当电压进一步降低时，附加结构可能会关闭。由于放大器的电源电流受到这些变化的影响，因此它可以作为在性能的特定方面可能更难观察到的渐进变化的代理。要确定这些点，请绘制电源电流与电源电压的关系。这条曲线可能会出现几次弯曲，每一次都表明进一步的退化。

应用程序

微功率电话耳机:耳机可以使用带有两个2.5伏电源的OP296*电池供电。选择具有600-欧姆阻抗的耳机以保持低电流损耗。这个电路低至2伏时也能正常工作。如图所示，失真低于1%至5khz。

脉冲监测:心电图监护仪需要隔离，以保护患者免受任何可能导致危险电流流过身体的故障。使用一个非常低功率的放大器，心电图放大器——用作脉搏监测器——可以由一个非常弱的电源供电，以至于它不能提供危险的电流水平。举个例子，这里有一个电路，可以用于运动或其他监测(但不打算用于生命维持系统)。

这个电路有三个输入——一组测量电极——一对感测输入和一个参考返回输入。

前端是一个标准的三放大器差分电路。第一阶段的增益由RG设定。50到150的增益效果很好。电阻值的选择略高于通常，以减少电流消耗。输出级的增益为10 V/V，应设置为在400至1000 Hz下滚出，足够快地通过ECG波形，但滤除高频噪声。

由于该电路具有高增益和低信号电平，因此需要仔细布局。所有引线应保持短，以减少引起的噪音。两个检测输入应该是双绞线，由参考引线屏蔽。

这种脉冲监测电路被设计为由两个小锂电池操作，因此它可以在便携式应用中使用，例如运动监测，延长一段时间。OP493*保证在低至2 V的电源下工作，总电源电流仅为100 μ A，确保长电池寿命。(例如，锂电池的额定电压为3.6至4.2伏，但当放电到标称电压的一半时，它们仍能提供电流。)

比较器:放大器通常用作比较器，因为放大器具有各种规格的便利性和可用性。在精密比较器应用中，通常更容易找到满足给定标准的放大器，特别是在低功率必不可少的情况下。较新的放大器，轨对轨输入和输出是优秀的比较器，只需要一个简单的增益块。

如图所示，采用非反相配置的OP196*，可以设计具有轨到轨输入范围的精密比较器，电源电流仅为50µa。典型的下降沿和上升沿传播延迟分别为12µs和20µs，时钟速率可达25 kHz。当R(1) =10k欧姆， R(1) =1 毫欧时，迟滞量约为70 mV。当R(1)接近0 欧姆时，磁滞仅为100µV左右。

* OP493和OP496四轴是OP193/293/ 493和OP196/296/496单/双/四轴系列的代表。