模电设计宝典教你怎样选择运算放大器.pdf

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1、运算放大器的选择技术分类：模拟设计

2、2008-01-07作者：PaulRako，EDN技术编辑选择运放与这些器件的规格一样复杂。通过了解运放的基础知识，了解自己的应用要求，并使用独立工具和在线工具，就可以做出正确的选择。要点一只放大器的所有五只管脚都有重要规格。应用通常驱动选择过程。了解数据资料的各个部分，能更好地选择部件。半导体工艺影响着放大器的规格。在线工具与选择指南可以帮助你找到正确的器件。考虑使用专门的放大器。你可能认为选择运放是件再简单不过的事。毕竟，所有运放都只有三个重要管脚：两个输入和一个输出。但是，在设计一款普通运放时，还必须考虑到另外两个电源脚，全

3、部五个管脚组成了令人困惑的规格阵列。事实上，放大器设计与选择可能是最让模拟系统工程师生畏的任务。在选择放大器时，必须确定该器件运行的最大电压和最小电压、静态电流、运放要为负载提供的电流，以及它使用的所有其它电流。例如，你可能将两个电源脚设定为用分离电源的双极运行，或者将负电源端接地，作单端运行（图1）。尽管任何放大器都可以接成双极或单端电路，但通常有一些其它因素会使器件更适合单端工作。另外，输入脚几乎总是包含了输入范围内的接地，或者提供满摆幅输入，此时输入脚可以工作到电源两个极值上。还有一些事情也使设计复杂化，如运放数据资料一般都表示单端工作的规格，尽管测试工程师有

4、可能修改器件的工作条件，并重新描述规格以反映双极工作状况。输出电流是一项重要规格。即使在输出脚低于两个电压线路0.6V情况下，满摆幅输出的器件也能提供可用的驱动电流。与双极输出的器件相比，采用FET输出的器件摆幅可以更接近两个电压线路。例如，Intersil的30mAEL5020在5mA时，可以在两个线路之间15mV的范围内摆动。为保证精确和低失真的性能，还必须了解输出脚阻抗，这个阻抗会随频率而变化。另外，输出脚必须驱动某种电平的容性负载。有些器件要驱动无限制的容性负载，如美国国家半导体公司的LM8272，而普通的视频放大器在数十个皮法的负载电容时就会振荡。Anal

5、ogDevices公司的应用工程总监DaveKress认为，放大器选择有五个关键要素（图2）：带宽、电源、一个封装中多只器件的要求、应用和成本。另一方面，德州仪器公司Burr-Brown部的线性应用经理TimGreen则将这些因素缩减为三点：电压、电流和带宽。不过，美国国家半导体公司的一名应用工程师PaulGrohe更多地考虑放大器的内部。他说：“偏置电流与带宽这两个B是关键。一个快速器件会消耗较多电流，而一个低噪声器件也会消耗较多电流。并且，如果你使用一个高的源阻抗，输入偏置电流就是最重要的规格。”美国国家半导体公司资深科学家BobPease指出，如果供应商不能及

6、时提供器件，规格就没什么作用。他还说，噪声经常被忽视，但绝对是个极其关键的参数。他说：“不存在简单的答案，你必须自己作判断。每种应用都有一到两个主要参数，你必须找出它们。你不可能拥有一切。”TimRegan是LinearTechnology的信号调节单元应用经理，他使用缩略词SNAP（供电电压与电流/交流或直流性能需要/放大器数量/封装）帮助工程师记忆这些重要的折衷关系。Maxim的运放与比较器商务营销经理PatrickLong也提到，封装是一个重要条件。例如，假设器件的目标应用是手机，你会希望用倒装或焊球封装。这些超小型封装可在一个硅片大小的电路板空间上提供高性能

7、的模拟功能。理解运放选择范围的一种方法是看数据单的结构。第一页是一个很有价值的工具，它给出了主要特性和目标应用。如果忽略那些营销术语（如“慢”和“快”），而寻找实际的速度图，就可以快速确定该放大器是否在自己应用的适用范围内。第一页可能说明了制造商用于制作该运放的工艺（见附文1“运算放大器工艺”）。在运放数据资料中，紧跟第一页的一般是有关最大绝对额定值的部分。这部分通常包括器件将承受的最高电压和温度。显然，这一部分的重要位置表明这些参数在选择中的重要性，因为它们是绝对的最大值。任何时刻器件都不能超过这些极限值。数据资料中还有一些关于直流特性与交流特性及工作电压的表格。

8、表格清楚地表明了在设计者建立表格时，器件可以运行的工作电压。第一页可能称器件能工作在低至2.7V电压下，而表格中可能表示器件可以运行在3V。虽然将一只3V器件运行在2.7V是可以接受的，但却不能使用3V下数据单表格中的规格值。你可以向制造商询问在较低电压下的器件特性，或者必须自己测试。表中的值都是制造商必须满足的契约责任。数据资料中，表格后面是图表页。虽然这些图表并不表示一种法律责任，但它们很重要。例如，表格中可能表示一个很大的PSRR（电源抑制比），而图表却显示这个规格会随频率的增加而显著下降。如果一只放大器正用于一个有1MHz输出纹波的1MHz转换开关，则必