如何选择运算放大器

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运算放大器是重要的模拟器。在选择一个好的运算放大器时,我们需要了解运算放大器的设计要求、制造工艺和一些具体参数。本文将介绍选择运算放大器的注意事项。

假设有一个适合任何电路设计的完美放大器。这种完美的运算放大器具有无限的开环增益和带宽。其偏置电压、输入偏置电流、输入噪声和电源电流均为零。它可以在任何电源电压下工作。既然它真的很完美,它也应该是免费的。但这种完美的运算放大器根本不存在。因此,卖方提供各种运算放大器,每种运算放大器都有其不同的性能、特点和价格。了解放大器的最重要参数可以找到最合适的运算放大器。


偏置电压和输入偏置电流
在精密电路设计中,偏置电压是一个关键因素。对于那些经常被忽视的参数,诸如随温度而变化的偏置电压漂移和电压噪声等,也必须测定。精确的放大器要求偏置电压的漂移小于200μV和输入电压噪声低于6nV/√Hz。随温度变化的偏置电压漂移要求小于1μV/℃ 。
低偏置电压的指标在高增益电路设计中很重要,因为偏置电压经过放大可能引起大电压输出,并会占据输出摆幅的一大部分。温度感应和张力测量电路便是利用精密放大器的应用实例。
低输入偏置电流有时是必需的。光接收机中的放大器就必须具有低偏置电压和低输入偏置电流。
在所有放大器中,斩波放大器提供了最低的偏置电压和最低的随温度变化的偏置电压漂移。许多重量计量设备对增益的要求高,需要配置高质量的精密放大器,此时斩波放大器是一种很好的选择。


注意电源的影响
便携式系统中的放大器要求在很低的电源电压下工作,且电源电流应很小以尽量延长电池寿命。这些放大器一般还须有良好的输出驱动能力和高开环增益。
尽管许多放大器的广告号称消耗很小的电流,但在选用时仍应小心。一定要认真阅读参数表以留心低电压下工作可能引起的性能问题。有些低功耗运算放大器,当输出电压改变时其电源电流具有较宽的变化范围。在低电源电压下,输出电流驱动能力也可能显着下降。可查阅参数表以确定在特定的电源电压下所能达到的输出电流驱动能力。
另一种选择是使用具有“关闭”特性的放大器。虽然这种放大器具有较高的电源电流,但当不工作时能被关闭从而进入超低电流状态。较高的电源电流可使放大器具有较快的速度和很大的输出驱动能力。


注意避免一些常见的错误
运算放大器参数表包含许多信息,但有时可能很难通过比较两个参数表来确定哪种运放性能更优。输入共模电压范围指标即是一个例子。这个参数常被误用。
为确保正常工作,要注意共模抑制比(CMRR)的测试条件。给出的测试条件表示共模输入电压范围。轨-轨输入放大器的共模输入电压范围是从负电源(V-)到正电源(V+)。
与输入电压范围不同,运算放大器的输出电压摆幅并没有清晰的定义。大多数单电源放大器参数表都给出了针对高、低两种输出摆幅下的电压指标。它表示当放大器吸入和泵出电流时,放大器的输出摆幅接近正电源和地的能力。可惜的是,一般无法根据不同厂商的参数表对这些数值进行直接比较,因为不同的供应商会以不同的方式定义输出负载。 关键要看负载是电阻还是电流源。如果负载是电流源,那么可测量相似的负载电流,这样就能很容易地比较不同放大器间的输出电压摆幅。若负载是电阻,则要判断该电阻是与电源电压Vcc相连,还是与参考电压Vcc/2相连,或是接地。 负载连接到Vcc/2将使放大器的输出级可以泵出和吸入电流,但放大器的输出电流相当于负载接地或接到正电源情况下的一半。这种输出电流的差别可使得运算放大器的摆幅接近正负电源的值。这在某种程度上可能误导,因为在大多数单电源直流应用电路设计中,负载都直接接地,放大器输出的摆幅达不到正电源的值。
电容驱动能力是一个在参数表中经常定义含糊的参数。所有的放大器对容性负载的灵敏度有不同程度的差别。一些低功耗放大器相对于仅仅几百个皮法的容性负载就可能变得不稳定。因此,这些放大器的参数表可能会隐藏这个事实。

为了确定放大器对输出电容的灵敏度,可以通过相对于容性负载的过冲(overshoot)曲线图来确定。另一个很好的原理图是小信号响应图,它可以用来观察过冲的程度和特定容性负载的下降时间。一些参数表还提供了相对电容性负载的增益-带宽图。减少过冲和阻尼振荡的一种方法是在输出负载上并联R-C网络。该网络(也称为阻尼电路)的最佳值可通过实验确定。也能在器件的应用说明中找到减小过冲和阻尼振荡的其它方法。

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