如何选择合适的运算放大器

我通过电子邮件以及在TI E2E论坛上看到的最常见的问题之一是：“对于这个应用，我应该选择哪种运放？”这个问题的难度很大：有数以千计的运算放大器可供选择，并且同时有无数的规格和功能需要考虑。

这种复杂性要求创建在线搜索和设计工具，而在线搜索和设计工具本身可能会很复杂（实际上有数十个过滤选项、复选框和滑块）。反过来，这导致了快速搜索工具，预过滤结果和其他创新工具的创建，所有这些工具都旨在简化选择运算放大器的过程。

本文的目的是说明一种简化的过程，该过程集中于选择运算放大器时的三个主要考虑因素，如图1所示。前两个考虑因素是电源电压（Vs）和静态电流（IQ）的主要规格）及其相应的规范。次要规范定义为直接依赖于主要规范的规范。选择一个没有适当的主要规格和次要规格的运算放大器可能不适用于该应用。第三个也是最后一个考虑因素涉

及几个常见的运算放大器功能：封装和价格。我还要澄清一下，本文的重点是通用和精密电压反馈运算放大器。

图1运放选择注意事项

注意事项1：电源电压

电源电压（Vs或V-和V+）是主要规格，原因有两个。首先，电源电压必须与系统电压兼容；否则，您将需要生成新的电压轨。其次，电源电压具有两个重要的指标：输入共模电压范围（Vcm）和输出摆幅/裕量（Vo或Vol/Voh）。 Vcm和Vo定义用于线性操作的输入和输出信号的范围。如果输入信号和输出信号不在设备的线性工作区域内，则说明您选择了错误的运算放大器，而与所有其他规格无关。

图2摘录了数据表摘录，其中摘述了运算放大器的电源电压如何定义线性工作区域并重点介绍了轨到轨输入/输出（RRIO）器件。 RRIO设备之所以受欢迎是因为它们通常更易于使用，但要注意与不同输入级设计相关的权衡取舍。

图2在OPA991数据表的摘录中，Vcm和Vo取决于电源电压轨（V-和V +）。

例如，图2中具有±15V电源的运算放大器的输入共模范围为-15.1V<14.8v（假设负载阻抗为2kΩ）。如果输入信号和所需的输出信号不在电压范围内，则运放和电源电压的这种组合将不足以满足设计要求。<="" p="">

考虑之二：静态电流

静态电流（Iq）是主要规格，因为它会影响许多重要的次要规格，例如带宽（BW）和压摆率（SR）。带宽和SR不足的运算放大器会产生不良影响，例如压摆引起的失真和非线性工作。因此，系统的电源必须提供足够的电流，以使运算放大器满足性能要求。

通常，Iq与SR直接相关（较高的Iq会产生更多的带宽和更快的SR）。有一些针对特定用例设计的运算放大器（例如具有压摆升压的运算放大器），但通常，上述IQ，带宽和SR之间的关系仍然成立。表2列出了五个Iq值不断提高的运算放大器及其相应的带宽和SR典型值。作为一般经验法则，请尝试选择应用需要更多带宽和SR约25％至30％裕量的运算放大器，以解决工艺和温度变化的问题。低失真设计将需要更多的带宽和SR。

表1运算放大器带宽和SR与Iq增加的比较

注意事项3：功能

现在该看一下运算放大器的功能了，主要包括封装和成本。尽管大多数设计人员都希望使用最小的设备同时花费最少的钱，但要考虑的一个方面是从包装和成本的角度对设计进行过时的验证。

有很多原因导致您可能需要在投入生产多年后重新进行设计，这些措施包括降低成本的措施，边际设计，制造工艺变更和产品报废。为准备这些可能性，请考虑选择标准封装（SOIC，TSSOP，VSSOP）中的运算放大器。越来越多的新封装正成为行业标准，因为它们更小，更经济，例如SON和SOT封装。因此，请在新产品中考虑实际占板面积。

具有适当电源电压，静态电流，次要规格和功能的运算放大器很可能非常适合您的设计。但是，许多其他规格会影响性能：失调电压（Vos），电压噪声密度（en），电源抑制比（PSRR）和共模抑制比（CMRR）。

下一次您要选择运算放大器的任务时，请首先考虑电源电压，静态电流以及后续的次要规格，以确保该器件在您的应用中能够正确运行。确保验证输入和输出的线性操作，包括带宽和SR的设计裕度，并考虑运算放大器系列的设计和封装灵活性。

本文作者：Peter Semig是德州仪器（TI）的通用放大器应用经理。