運算放大器選擇經驗總結分享

2021-01-19 科技觀察說

運算放大器(op amp)是整個模擬電路設計的基石，選擇一個恰當的放大器對於達到系統設計指標至關重要。

考慮因素：1.運放供電電壓大小和方式選擇;2.運放封裝選擇;3.運放反饋方式，即是VFA (電壓反饋運放)還是CFA(電流反饋運放);4.運放帶寬;5.壓擺率大小，這決定全功率信號帶寬;6.Offset電壓和Offset電流選擇;7.Offset電壓隨溫度的漂移大小，即ΔVoffset/ΔT大小;8.運放輸入阻抗選擇;9.運放輸出驅動能力大小選擇;10.運放靜態功耗，即ICC電流大小選擇;11.運放噪聲選擇;12.運放驅動負載穩定時間。在設計開關電源的模擬電路時，有的人根本不知道如何選擇運放，手頭有什麼就用什麼，也許你曾經這樣做了100次，都幸運的成功了，但是第101次會怎麼樣呢?另外一些人是恰恰相反，抱著五六本原廠資料翻來翻去，結果好不容易尋到了「夢中情人」，卻又買不到。不才向大家推薦一些俗俗的運放，肯定能買到，能適應大多場合。1. 速度要求不高，或直流放大：LF441(單),LF442(雙),LF444(四),TL084(四)(以上運放為JFET輸入，阻抗極高，不必考慮輸入端的阻抗平衡)OP07(單，高精度，有調零端，速度可是特別慢,用於直流放大不錯)2. 速度比較高，音頻範圍，倍數不超過100：LF356(單),LF353(雙),LF347(四),TL074(四)(以上運放為JFET輸入，阻抗極高，不必考慮輸入端的阻抗平衡)OP27(單，高精度，有調零端，速度比LF356快)NE5534(用於音響放大，音質很好，但輸入阻抗低)3. 高速OP37(單位頻響50MHz,但一定不能用做跟隨器!在閉環增益小於5時會自激)

4. 低壓或單電源LM324(太慢)建議使用Maxim公司產品其他特殊場合，如視頻放大，超線性放大，低漂移等要求，還是要查查資料再說。"你焊在電路板上的運放不是教科書上的理想運放!"設計電路時,在考慮了你所考慮的全部問題以後,請

注意以下問題.1. 輸出電壓擺幅不要期望一般的運放的輸出電壓能達到供電電壓,哪怕你的負載電阻為10M. 一般的通用運放的輸出電壓的峰峰值都與電源相差1~3V.2. 共模輸入電壓範圍不要讓你的運放的輸入端的電位非常接近他的供電電壓,否則你會被搞的焦頭爛額.例如,你選用的是LF347運放(多數JFET運放都類似),供電電壓為正負12V,正輸入端電位為-11V,負輸入端為-11.5V,你猜輸出會是什麼?或許你猜錯了,是-10V.這就是你超出共模電壓範圍使用的結果.當然,如果你換成LM324,就沒有這種效果了.幸好,現在Maxim公司和NS公司都推出了Rail to Rail運放,他們的共模電壓範圍和電源電壓相同.3. 輸出電壓擺率SR如果你正在用運放放大高頻大幅值信號,一定不要忽略SR參數,他表示輸出電壓每微秒最大的變化量.舉例說明,uA741的單位帶寬為1MHz,SR=0.7V/us,如果你將他接成跟隨器形式(增益=1),此時,如果你輸入幅值為-5V~+5V,頻率為200KHz的方波,那麼,輸出結果一定使你大失所望,他的輸出居然是一個幅值只有2V左右的怪怪的三角波.略做補充:(1)對於低電勢放大線路,還要考慮失調,溫漂和輸入噪音.(2)對於高精度線路,應注意共模抑制比,一般來說共模抑制比高的OP其線性較好.(3)注意輸入電阻,雙極型OP一般在幾百K至幾十M.運放的自激有多種可能引起:1. 補償不足. 例如OP37等運放,在設計時,為了提高高頻響應,其補償量較小,當反饋較深時會出現自激現象.通過測量其開環響應的BODE圖可知,隨著頻率的提高,運放的開環增益會下降,如果當增益下降到0db之前,其相位滯後超過180度,則閉環使用必然自激.2. 電源回饋自激.從運算放大器的內部結構分析,他是一個多級的放大電路,一般的運放都由3級以上電路組成,前級完成高增益放大和電位的移動,第2級完成相位補償功能,末級實現功率放大.如果供給運放的電源的內阻較大,末級的耗電會造成電源的波動,此波動將影響前級的電路的工作,並被前級放大,造成後級電路更大的波動,如此惡性循環,從而產生自激.3. 外界幹擾. 確切的說,這並不算自激,但現象和自激相似.輸出產生和輸入無關的信號.因為我們處於一個電磁波籠罩的環境之中,有50Hz和100Hz的工頻幹擾,數百Hz的中波廣播幹擾,數MHz的短波幹擾,幾十到幾百Hz的電視廣播和FM廣播幹擾,1GHz左右的無線通訊幹擾等.如果電路設計屏蔽不佳,幹擾自然會引入電路,並被放大.如果電路出現自激現象,首先應該判斷是哪種原因造成的.第一種自激出現在運放閉環使用,而且增益較低的情況下,一般只有增益小於10的情況下才能出現.其實這種自激最好解決,正確的選擇運放即可,對於一些高速運放,其廠家手冊中都會註明最低的閉環增益. 與此相反,後兩種情況都是在高增益情況下發生,這一點非常重要,可以準確的判斷自激的原因.相對而言,後兩種自激較難解決,本人不謙虛的說,只有具有一定的模擬電路設計經驗,才有可能避免以上情況的發生.基本原則是儘量增加地線的面積,在運放供電印腳附近,一定是附近增加高頻退毆電容,採用高頻屏蔽等方法消除自激,減小幹擾.運放和比較器的區別：運算放大器與專用比較器在變頻器主控板的控制電路中比較常見，它的作用也不用我去形容了，做這行的都比我清楚。1、運放可以連接成為比較輸出，比較器就是比較。那麼市面上為何單獨出售兩種產品，他們有相同和不同之處是什麼呢?2、比較器輸出一般是OC便於電平轉換;比較器沒有頻補，SLEW RATE比同級運放大，但接成放大器易自激。比較器的開環增益比一般放大器高很多，因此比較器正負端小的差異就引起輸出端變化。3、頻響是一方面，另處運放當比較器時輸出不穩定，不一定能滿足後級邏輯電路的要求。4、比較器為集電極開路輸出，容易輸出TTL電平，而運放有飽和壓降，使用不便。關於運算放大器與專用比較器的區別可分為以下幾點：1、比較器的翻轉速度快，大約在NS數量級，而運放翻轉速度一般為US數量級(特殊高速運放除外)。2、運放可以輸入負反饋電路，而比較器不能使用負反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個輸入端，但因為其內部沒有相位補償電路，如果輸入負反饋，電路不能穩定工作，內部無相位補償電路，這也是比較器比運放速度快的原因。

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