选择运放时要考虑3个因素

文章作者:彼得·塞米格

我在电子邮件和我们的tie2e支持论坛上看到的一个最常见的问题是，“我应该使用什么运放[此处插入应用程序]?”回答这个问题有两方面的困难:从字面上看，有成千上万的运放可供选择，而且似乎有无数的规格和功能需要考虑。

这种复杂性需要创建在线搜索和设计工具，而这些工具本身也可能变得复杂(实际上有几十个过滤器、复选框和滑动条)。反过来，这又导致了快速搜索工具、预过滤结果和其他创新工具的诞生，所有这些工具的设计都是为了简化选择运算放大器(op amp)的过程。

本文的目的是解释一个简化的过程，它集中在选择运放时的三个最重要的考虑事项上，如图所示图1。首先要考虑的两个因素是电源电压(V_年代)和静止电流(I_问)，以及相应的派生规范。派生规范被定义为直接依赖于主规范的规范。选择一个没有适当的主和派生规范的运放可能在应用程序中不起作用。第三个也是最后一个需要考虑的因素是运放的一些常见特性:包装和价格。我还想澄清一下，本文的重点是通用和精密电压反馈运放。

图1运算放大器的选择注意事项

考虑1:电源电压

电源电压(V_年代(或V-和V+)是主要的规范，有两个原因。第一，供电电压必须与系统电压兼容;否则，你将需要产生一个新的供应铁路。其次，电源电压有两个重要的下降指标:输入共模电压范围(V_厘米)和输出摆动/净空(V_o,或者V_ol/ V_哦)。V_厘米和V_o定义线性操作的输入和输出信号范围。如果输入信号和输出信号不在设备的线性工作区域内，那么您选择了错误的运放，而不管所有其他规格。

图2描述了一个运算放大器的电源电压如何定义线性操作区域的数据摘录，并突出显示了轨对轨输入/输出(RRIO)设备。RRIO设备很受欢迎，因为它们通常更容易使用，但是要注意与不同输入阶段设计相关的权衡。万博投注网址

图2在这段摘自OPA991 datasheet的数据中，V_厘米和V_o取决于供电电压轨道(V-和V+)。

例如，图2中±15V电源的运放输入共模范围为-15.1V < V_厘米< 15.1V和输出摆幅约为-14.8V < V_o< 14.8V(假设负载阻抗为2 kΩ)。如果输入信号和期望的输出信号不在这些电压范围内，运放和电源电压的组合将不能满足设计要求。

考虑2:静止电流

静态电流(我_问)是一个主要规范，因为它影响许多重要的派生规范，如带宽(BW)和转换速率(SR)。如果运放的BW和SR不足，就会产生不良的影响，如回转诱导的失真和非线性运行。因此，系统的电源必须提供足够的电流，以使运放满足性能期望。

总的来说,我_问与BW和SR直接相关(更高的I_问产生更多的BW和更快的SR)。有一些运放是为特定的用例而设计的(比如带旋转升压的运放)，但一般来说，前面提到的I_问、BW和SR均适用。表2描述了随着I的增加而增加的五个运算放大器_问以及相应的BW和SR的典型值。一般经验法则是，尝试选择比应用程序所需的BW和SR多25 - 30%的运放，以考虑过程和温度变化。低失真设计将需要更多的BW和S万博投注网址R。

表1运算放大器BW和SR与增加I的比较_问

考虑因素3:特性

现在是时候看看运放的特点了，主要包括包装和成本。尽管大多数设计师想要的是最小的设备，花费最少的钱，一个方面考虑的是未来的设计从包装和成本的角度。

在投入生产多年后，您可能需要重新审视设计，原因有很多。这些措施包括降低成本措施、边际设计、制造工艺转移和产品报废。万博投注网址为了准备这些可能性，考虑选择标准封装的运放(小轮廓集成电路[SOIC]，薄收缩小轮廓封装[TSSOP]，非常薄收缩小轮廓封装[VSSOP])。一些新的封装正成为行业标准，因为它们更小，制造更经济，例如小轮廓无铅(SON)和小轮廓晶体管(SOT)封装。因此，考虑实现双足迹，或选择运放的一部分设计的家庭。

一个运放与适当的电源电压，静态电流，下降规格和功能可能是一个很好的适合您的设计。然而，许多其他规格可能会影响性能:偏置电压(V_操作系统)、电压噪声密度(e_n)、电源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)。对这些规范的讨论超出了本文的范围，但是有一些可用的资源，我在本文末尾提供了其中一些。

下次您选择运放时，首先考虑电源电压、静态电流和随后的下降规格，以确保设备在您的应用程序中将正确运行。确保验证输入和输出的线性运行，包括BW和SR的设计余量，并考虑运放系列的设计和封装灵活性。

彼得·塞米格是德州仪器公司通用放大器的应用经理。