如何選擇合適的運算放大器 運算放大器與模擬元件區別

運算放大器（op amp）是所有類型模擬電路的基本組成部分。數十家供應商提供了數千種不同的產品，從擁有豐富而廣泛的設備目錄的廣泛供應商到提供專注于狹窄利基市場的放大器的來源，例如低失真音頻設備、低噪聲射頻設備、和超穩定的儀表單元。

運算放大器與“高級”模擬元件的區別在于，它們是單功能 IC，內部任務由一個簡單的符號表示（圖 1）。與嵌入更高集成度的模擬組件不同，基本運算放大器 IC 僅具有單個模塊，但可以配置為提供或構建許多其他功能。

圖 1不要被運算放大器的簡單示意圖所誤導，因為它可以配置為實現如此多重要的模擬功能，因為周圍布置了無源元件。資料來源：英國利物浦大學

選擇合適的運算放大器

鑒于已經有無數的運算放大器可用，假設確實不需要更多運算放大器在某種程度上是合乎邏輯的。事實上，為非普通應用選擇合適的運算放大器可能是一項挑戰。一些工程師從首選供應商開始，看看是否列出了可以完成這項工作的任何東西；如果是這樣，可能沒有必要進一步研究。

其他人喜歡使用他們以前使用過的運算放大器，如果它至少足夠好的話。這簡化了產品測試和評估，并降低了組件風險和意外。10、20 或更多年前推出的運算放大器仍然在制造并列為適用于新設計的有源部件，這種情況并不常見。這不僅使設計工程師的工作變得更容易，而且對擁有成熟制造和測試過程的產品的供應商也有利。因此，產量高，成本低，交付更好；這種雙贏的局面有什么不喜歡的？

然而，如此多的運算放大器的可用性體現了設計工程師持續挑戰的核心。如何平衡項目的目標和優先事項？例如，您可以獲得一個在一個或兩個規格方面表現出色的運算放大器，這可能對低偏置電流或熱漂移等應用非常關鍵，同時其其他參數的規格也很好但不是很好?；蛘吣憧梢缘玫揭粋€在所有規格上都相當不錯的運算放大器，但在其中任何一個方面都不突出。

哪個更適合特定應用程序取決于項目優先級、它們之間的相對權重，以及您需要或想要那些少數真正優秀的規范的程度。你能接受更高的漂移性能以獲得更低的偏移嗎？工程困境是這樣的：“更好的性能對你來說價值多少，你會放棄什么以及付出多少來獲得它？”當然，沒有正確的答案；它由定量電子表格和定性經驗共同決定。這就是為什么運算放大器通常隨附 20 或 30 頁的數據表，其中包含圖表、表格、圖形等，以充分展示其功能的微妙之處。

設計案例研究

最近推出的一對不同的運算放大器說明了沿著不同的軸推動性能包絡。STMicroelectronics的TSV772是一款微型雙路運算放大器（采用 DFN8 封裝的 2.0 mm × 2.0 mm），它結合了高精度和低功耗以及 25°C 時 200 μV 的最大輸入失調電壓。這種低輸入偏移確保了對低幅度信號的準確處理，并且可以消除對精密外部電阻器的需求，從而避免在生產中對電路進行修整或校準。它非常適合用作煙霧探測器和醫療傳感器中光電二極管的低輸出電流的跨阻放大器。

它的規格還使其非常適合低側負載電流感應，這通常比補充高側感應更容易實現；盡管在許多情況下，必須使用更困難的高端傳感。在低端檢測中，檢測電阻器 Rshunt放置在負載和電路接地之間，并使用運算放大器放大產生的壓降（圖 2）。

圖 2在其眾多功能中，TSV772 非常適合用作低側電流檢測電阻放大器。資料來源：意法半導體

在通常的安排中，電阻對值選擇相等：

其中 Vio和 Iio分別是輸入失調電壓和輸入失調電流，這清楚地表明了低失調值在該應用中的重要性。對于給定的電流值和所需的精度，分流電阻器也可以選擇具有較低的值，從而降低接地路徑中的功耗和電壓降。

針對非常不同的應用，德州儀器 (TI) 的BUF802緩沖放大器具有在 1 Vpp輸入時高達 3.1 GHz 的大信號帶寬（在 2 VPP時高達 2 GHz）和快速壓擺率 (7000 V/μsec)和快速建立時間（0.7 納秒至 1%），如圖 3所示。輸入電壓噪聲僅為 2.3 nV/√Hz，而輸入阻抗（這些應用中的另一個關鍵參數）為 50 GΩ 與 2.4 pF 并聯。

圖 3BUF802 緩沖放大器不進行信號處理，但在模擬信號鏈中的敏感信號源與其負載之間發揮必要的接口作用。資料來源：德州儀器

JFET 輸入 BUF802 采用 ±4.5 V 至 ±6.5 V 電源供電，可輕松驅動無處不在的 50Ω 負載。它還提供用戶可調節的靜態電流以實現功率/性能權衡，以及具有快速過驅動恢復的集成輸入/輸出鉗位，這是這些應用中的另一個問題。

緩沖器在信號鏈中發揮著重要但可能被低估的作用。它們的主要功能主要是從下一階段的變幻莫測中隔離（而不是電流地）敏感的輸入信號。隨后的級負載可能具有電抗阻抗或變化的阻抗，這對于源處理而言將具有挑戰性。緩沖區的作用并不多，但它對系統性能仍然很重要。