如何为电路选择合适的集成运放?
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通常情况下,在设计集成运放应用电路时,没有必要研究运放的内部电路,而是根据设计需求寻找具有相应性能指标的芯片。因此,了解运放的类型,理解运放的主要性能,是正确选择运放的前提。集成运放参数非常多,因此对应的种类和型号也很多,如何选型一直是众工程师头痛的问题。在进行电路设计时选用何种类型和型号,应根据系统对电路的要求加以确定。在通用型满足要求时,应尽量选用通用型,因其价格低、易于购买。专用型运放是某一项性能指标较高的运放,它的其他性能指标不一定高,有时甚至可能比通用型运放还低,选用时应充分注意。此外,选用时除满足主要技术性能参数外,还应考虑性能价格比。性能指标高的运放,价格也会较高。在选用时无特殊要求,应优先选用通用型和多运放型的芯片。
集成运放按供电方式可分为双电源供电和单电源供电,在双电源供电中又分正、负电源对称型和不对称型供电。按集成度(即一个芯片上运放个数)可分为单运放、双运放和四运放,目前四运放日益增多。按制造工艺可将运放分为双极型、COMS 型和 BiMOS 型,双极型运放一般输入偏置电流及器件功耗较大,但由于采用多种改进技术,所以种类多、功能强;CMOS 型运放输入阻抗高、功耗小,可在低电源电压下工作,初期产品精度低、增益小、速度慢,但目前已有低失调电压、低噪声、高速度、强驱动能力的产品;
(1)设计目标的综合考虑
设计者必须综合考虑设计目标的信号电平,闭环增益,要求精度,所需带宽,电路阻抗,环境条件及其他因素,并把设计要求的性能转换成运放的参数,建立各个参数的取值以及它们随温度、时间、电流电压等变化的范围。
(2)深刻理解电路手册中特性指标的意义
不同的制造商可能给出不同的特性指标,这些指标可能是通过不同的测量技术获得的,这就给运放的选择带来了困难。为避免这些困难,设计者必须深刻理解电路手册中特性指标的意义,同时必须了解这些参数是如何测得的,然后把这些特性指标转换成对设计要求有意义的参数。
(3)选择具有最优性能价格比的运放
设计者必须把设计目标的性能、所选择器件的性能指标与价格联系起来,以最低的价格获得符合设计目标提出的物理、电气和环境要求。
(4)信号源的性质
根据信号源是电压源还是电流源,内阻大小、输入信号的幅值及频率的变化范围等,选择运放的差模输入电阻、-3 dB 带宽(或单位增益带宽)、转换速率 SR 等指标参数。
(5)负载的性质
根据负载电阻的大小,确定所需运放的输出电压和输出电流的幅值。对于容性负载或感性负载,还要考虑它们对频率参数的影响。
(6)精度要求
对模拟信号的处理,如放大、运算等,往往提出精度要求;如电压比较,往往提出响应时间、灵敏度要求。根据这些要求选择运放的开环差模增益、失调电压 、失调电流及转换速率 SR 等指标参数。
不同类型运放组成近百种运放系列,其中一部分是通用的,称为通用型运放:另一部分为特殊应用提供优化特性,称为专用型运放。通用型运放的各项性能指标都比一般的分立元件直接耦合放大电路有所改善,大致能够满足中等精度的要求,一般情况。下无须调零即可使用。专用型运放为了适应特殊应用场合而具有优化特性。根据专用型运算放大器的性能指标,运算放大器可分为:低噪声运放、精密运放、高速运放、低偏置电流运放、低漂移运放、低功耗/微功耗运放等。现在说明几种不同类型的专用型运放及其应用技术。