運(yùn)算放大器選型的注意事項(xiàng)

運(yùn)算放大器是重要的模擬器件，在選擇一個(gè)好的運(yùn)算放大器的時(shí)候不禁需要了解設(shè)計(jì)的需求，還需要知道運(yùn)算放大器的制造工藝以及一些具體的參數(shù)，本文將會(huì)介紹運(yùn)算放大器選擇的注意事項(xiàng)。

假設(shè)有一種完美的放大器，適用于任何電路設(shè)計(jì)。這種完美的運(yùn)算放大器具有無(wú)限大的開(kāi)環(huán)增益和帶寬，其偏置電壓、輸入偏置電流、輸入噪聲和電源電流都為零，它能夠在任意電源電壓下工作。既然它是真正完美的，那也應(yīng)該是免費(fèi)的。但這種完美的運(yùn)算放大器實(shí)際上根本不存在，也不可能存在。于是銷(xiāo)售商就提供了各種各樣的運(yùn)算放大器，每種都有各自不同的性能、特點(diǎn)和價(jià)格。了解放大器的最重要的參數(shù)，就能夠找到最合適的運(yùn)算放大器。

偏置電壓和輸入偏置電流

在精密電路設(shè)計(jì)中，偏置電壓是一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于那些經(jīng)常被忽視的參數(shù)，諸如隨溫度而變化的偏置電壓漂移和電壓噪聲等，也必須測(cè)定。精確的放大器要求偏置電壓的漂移小于200μV和輸入電壓噪聲低于6nV/√Hz。隨溫度變化的偏置電壓漂移要求小于1μV/℃ 。

低偏置電壓的指標(biāo)在高增益電路設(shè)計(jì)中很重要，因?yàn)槠秒妷航?jīng)過(guò)放大可能引起大電壓輸出，并會(huì)占據(jù)輸出擺幅的一大部分。溫度感應(yīng)和張力測(cè)量電路便是利用精密放大器的應(yīng)用實(shí)例。

低輸入偏置電流有時(shí)是必需的。光接收機(jī)中的放大器就必須具有低偏置電壓和低輸入偏置電流。

在所有放大器中，斬波放大器提供了最低的偏置電壓和最低的隨溫度變化的偏置電壓漂移。許多重量計(jì)量設(shè)備對(duì)增益的要求高，需要配置高質(zhì)量的精密放大器，此時(shí)斬波放大器是一種很好的選擇。

注意電源的影響

便攜式系統(tǒng)中的放大器要求在很低的電源電壓下工作，且電源電流應(yīng)很小以盡量延長(zhǎng)電池壽命。這些放大器一般還須有良好的輸出驅(qū)動(dòng)能力和高開(kāi)環(huán)增益。

盡管許多放大器的廣告號(hào)稱(chēng)消耗很小的電流，但在選用時(shí)仍應(yīng)小心。一定要認(rèn)真閱讀參數(shù)表以留心低電壓下工作可能引起的性能問(wèn)題。有些低功耗運(yùn)算放大器，當(dāng)輸出電壓改變時(shí)其電源電流具有較寬的變化范圍。在低電源電壓下，輸出電流驅(qū)動(dòng)能力也可能顯著下降?？刹殚唴?shù)表以確定在特定的電源電壓下所能達(dá)到的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力。

另一種選擇是使用具有“關(guān)閉”特性的放大器。雖然這種放大器具有較高的電源電流，但當(dāng)不工作時(shí)能被關(guān)閉從而進(jìn)入超低電流狀態(tài)。較高的電源電流可使放大器具有較快的速度和很大的輸出驅(qū)動(dòng)能力。

注意避免一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤

運(yùn)算放大器參數(shù)表包含許多信息，但有時(shí)可能很難通過(guò)比較兩個(gè)參數(shù)表來(lái)確定哪種運(yùn)放性能更優(yōu)。輸入共模電壓范圍指標(biāo)即是一個(gè)例子。這個(gè)參數(shù)常被誤用。

為確保正常工作，要注意共模抑制比(CMRR)的測(cè)試條件。給出的測(cè)試條件表示共模輸入電壓范圍。軌-軌輸入放大器的共模輸入電壓范圍是從負(fù)電源(V-)到正電源(V+)。

與輸入電壓范圍不同，運(yùn)算放大器的輸出電壓擺幅并沒(méi)有清晰的定義。大多數(shù)單電源放大器參數(shù)表都給出了針對(duì)高、低兩種輸出擺幅下的電壓指標(biāo)。它表示當(dāng)放大器吸入和泵出電流時(shí)，放大器的輸出擺幅接近正電源和地的能力?？上У氖牵话銦o(wú)法根據(jù)不同廠(chǎng)商的參數(shù)表對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行直接比較，因?yàn)椴煌墓?yīng)商會(huì)以不同的方式定義輸出負(fù)載。 關(guān)鍵要看負(fù)載是電阻還是電流源。如果負(fù)載是電流源，那么可測(cè)量相似的負(fù)載電流，這樣就能很容易地比較不同放大器間的輸出電壓擺幅。若負(fù)載是電阻，則要判斷該電阻是與電源電壓Vcc相連，還是與參考電壓Vcc/2相連，或是接地。 負(fù)載連接到Vcc/2將使放大器的輸出級(jí)可以泵出和吸入電流，但放大器的輸出電流相當(dāng)于負(fù)載接地或接到正電源情況下的一半。這種輸出電流的差別可使得運(yùn)算放大器的擺幅接近正負(fù)電源的值。這在某種程度上可能誤導(dǎo)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)單電源直流應(yīng)用電路設(shè)計(jì)中，負(fù)載都直接接地，放大器輸出的擺幅達(dá)不到正電源的值。

電容驅(qū)動(dòng)能力是一個(gè)在參數(shù)表中經(jīng)常定義含糊的參數(shù)。所有的放大器對(duì)容性負(fù)載的靈敏度有不同程度的差別。一些低功耗放大器相對(duì)于僅僅幾百個(gè)皮法的容性負(fù)載就可能變得不穩(wěn)定。因此，這些放大器的參數(shù)表可能會(huì)隱藏這個(gè)事實(shí)。

要確定放大器對(duì)于輸出電容的靈敏度，可以通過(guò)相對(duì)于容性負(fù)載的過(guò)沖(overshoot)曲線(xiàn)圖來(lái)決定。另一個(gè)較好的示意圖是小信號(hào)響應(yīng)圖，可用來(lái)觀(guān)測(cè)過(guò)沖的程度和特定容性負(fù)載的下降時(shí)間。某些參數(shù)表還提供了相對(duì)容性負(fù)載的增益-帶寬示意圖。

減小過(guò)沖和阻尼振蕩的一個(gè)方法就是在輸出負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)串聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)。可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定這個(gè)網(wǎng)絡(luò)(也稱(chēng)阻尼電路)的最佳值。也能在器件的應(yīng)用說(shuō)明中找到減小過(guò)沖和阻尼振蕩的其它方法。