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選擇合適的運(yùn)算放大器需要哪些因素?

發(fā)布時(shí)間:2021-01-20 來源:Peter Semig 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本文的目的是說明一種簡化的過程,該過程集中于選擇運(yùn)算放大器時(shí)的三個(gè)主要考慮因素,如圖1所示。前兩個(gè)考慮因素是電源電壓(Vs)和靜態(tài)電流(IQ)的主要規(guī)格)及其相應(yīng)的規(guī)范。次要規(guī)范定義為直接依賴于主要規(guī)范的規(guī)范。
 
“對于這個(gè)應(yīng)用,我應(yīng)該選擇哪種運(yùn)放?”這個(gè)問題的難度很大:有數(shù)以千計(jì)的運(yùn)算放大器可供選擇,并且同時(shí)有無數(shù)的規(guī)格和功能需要考慮。
 
這種復(fù)雜性要求創(chuàng)建在線搜索和設(shè)計(jì)工具,而在線搜索和設(shè)計(jì)工具本身可能會很復(fù)雜(實(shí)際上有數(shù)十個(gè)過濾選項(xiàng)、復(fù)選框和滑塊)。反過來,這導(dǎo)致了快速搜索工具,預(yù)過濾結(jié)果和其他創(chuàng)新工具的創(chuàng)建,所有這些工具都旨在簡化選擇運(yùn)算放大器的過程。
 
本文的目的是說明一種簡化的過程,該過程集中于選擇運(yùn)算放大器時(shí)的三個(gè)主要考慮因素,如圖1所示。前兩個(gè)考慮因素是電源電壓(Vs)和靜態(tài)電流(IQ)的主要規(guī)格)及其相應(yīng)的規(guī)范。次要規(guī)范定義為直接依賴于主要規(guī)范的規(guī)范。選擇一個(gè)沒有適當(dāng)?shù)闹饕?guī)格和次要規(guī)格的運(yùn)算放大器可能不適用于該應(yīng)用。第三個(gè)也是最后一個(gè)考慮因素涉及幾個(gè)常見的運(yùn)算放大器功能:封裝和價(jià)格。我還要澄清一下,本文的重點(diǎn)是通用和精密電壓反饋運(yùn)算放大器。
 
選擇合適的運(yùn)算放大器需要哪些因素?
圖1運(yùn)放選擇注意事項(xiàng)
 
注意事項(xiàng)1:電源電壓
 
電源電壓(Vs或V-和V+)是主要規(guī)格,原因有兩個(gè)。首先,電源電壓必須與系統(tǒng)電壓兼容;否則,您將需要生成新的電壓軌。其次,電源電壓具有兩個(gè)重要的指標(biāo):輸入共模電壓范圍(Vcm)和輸出擺幅/裕量(Vo或Vol/Voh)。 Vcm和Vo定義用于線性操作的輸入和輸出信號的范圍。如果輸入信號和輸出信號不在設(shè)備的線性工作區(qū)域內(nèi),則說明您選擇了錯誤的運(yùn)算放大器,而與所有其他規(guī)格無關(guān)。
 
圖2摘錄了數(shù)據(jù)表摘錄,其中摘述了運(yùn)算放大器的電源電壓如何定義線性工作區(qū)域并重點(diǎn)介紹了軌到軌輸入/輸出(RRIO)器件。 RRIO設(shè)備之所以受歡迎是因?yàn)樗鼈兺ǔ8子谑褂?,但要注意與不同輸入級設(shè)計(jì)相關(guān)的權(quán)衡取舍。
 
選擇合適的運(yùn)算放大器需要哪些因素?
圖2在OPA991數(shù)據(jù)表的摘錄中,Vcm和Vo取決于電源電壓軌(V-和V +)。
 
例如,圖2中具有±15V電源的運(yùn)算放大器的輸入共模范圍為-15.1V
 
考慮之二:靜態(tài)電流
 
靜態(tài)電流(Iq)是主要規(guī)格,因?yàn)樗鼤绊懺S多重要的次要規(guī)格,例如帶寬(BW)和壓擺率(SR)。帶寬和SR不足的運(yùn)算放大器會產(chǎn)生不良影響,例如壓擺引起的失真和非線性工作。因此,系統(tǒng)的電源必須提供足夠的電流,以使運(yùn)算放大器滿足性能要求。
 
通常,Iq與SR直接相關(guān)(較高的Iq會產(chǎn)生更多的帶寬和更快的SR)。有一些針對特定用例設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器(例如具有壓擺升壓的運(yùn)算放大器),但通常,上述IQ,帶寬和SR之間的關(guān)系仍然成立。表2列出了五個(gè)Iq值不斷提高的運(yùn)算放大器及其相應(yīng)的帶寬和SR典型值。作為一般經(jīng)驗(yàn)法則,請嘗試選擇應(yīng)用需要更多帶寬和SR約25%至30%裕量的運(yùn)算放大器,以解決工藝和溫度變化的問題。低失真設(shè)計(jì)將需要更多的帶寬和SR。
 
選擇合適的運(yùn)算放大器需要哪些因素?
表1運(yùn)算放大器帶寬和SR與Iq增加的比較
 
注意事項(xiàng)3:功能
 
現(xiàn)在該看一下運(yùn)算放大器的功能了,主要包括封裝和成本。盡管大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都希望使用最小的設(shè)備同時(shí)花費(fèi)最少的錢,但要考慮的一個(gè)方面是從包裝和成本的角度對設(shè)計(jì)進(jìn)行過時(shí)的驗(yàn)證。
 
有很多原因?qū)е履赡苄枰谕度肷a(chǎn)多年后重新進(jìn)行設(shè)計(jì),這些措施包括降低成本的措施,邊際設(shè)計(jì),制造工藝變更和產(chǎn)品報(bào)廢。為準(zhǔn)備這些可能性,請考慮選擇標(biāo)準(zhǔn)封裝(SOIC,TSSOP,VSSOP)中的運(yùn)算放大器。越來越多的新封裝正成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)樗鼈兏。?jīng)濟(jì),例如SON和SOT封裝。因此,請?jiān)谛庐a(chǎn)品中考慮實(shí)際占板面積。
 
具有適當(dāng)電源電壓,靜態(tài)電流,次要規(guī)格和功能的運(yùn)算放大器很可能非常適合您的設(shè)計(jì)。但是,許多其他規(guī)格會影響性能:失調(diào)電壓(Vos),電壓噪聲密度(en),電源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)。
 
下一次您要選擇運(yùn)算放大器的任務(wù)時(shí),請首先考慮電源電壓,靜態(tài)電流以及后續(xù)的次要規(guī)格,以確保該器件在您的應(yīng)用中能夠正確運(yùn)行。確保驗(yàn)證輸入和輸出的線性操作,包括帶寬和SR的設(shè)計(jì)裕度,并考慮運(yùn)算放大器系列的設(shè)計(jì)和封裝靈活性。
(來源:TI,作者:Peter Semig,德州儀器的通用放大器應(yīng)用經(jīng)理)
 
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