怎么选择运算放大器

文章摘要：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。图１所示为一种典型的结构。光电二极管的泄漏电流小于５n

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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。图１所示为一种典型的结构。光电二极管的泄漏电流小于５nA，所以放大器必须具有更小的输入偏置电流。CMOS和JFET输入放大器是目前可用的具有最小输入偏置电流的运算放大器。

    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著下降。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。

音频和视频应用中的噪声/相位误差

    在音频应用中，运算放大器主要有两个作用：麦克风放大、耳机或扬声器输出。这种音频I/O组合在大多数蜂窝电话、计算机、电视和家庭立体声设备中应用普遍。图2示出了一种典型的PC音频系统配置。

    对麦克风放大器的噪声要求很高，这是因为放大器能提供20dB到40dB的增益，它既能放大麦克风的信号，也能放大任何来自运放的噪声。耳机和扬声器放大器必须能输出大电流，因为大多数耳机的阻抗在100欧姆或更小，大多数扬声器的阻抗是8 欧姆。

    近年来半导体技术的发展导致了快速放大器的出现。这些新的放大器使得设计者可以用高速运放代替分立电路。视频应用电路即是一个很好的例子。

    许多视频应用要求增益特性的相位误差最小。相位误差可导致色彩偏离和视觉失真。高速放大器在保持低相位误差的同时，仍能获得所要求的增益。大多数高速运算放大器的参数表都给出了相位误差，应该把各种运算放大器的相位误差做一个比较。

    电流反馈放大器是现有的速度最高的放大器之一。由于这种放大器与电压反馈放大器的工作方式不同，务必阅读参数表中的应用说明以获得最佳效果。

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。

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