選擇運(yùn)放與這些器件的規(guī)格一樣復(fù)雜。通過了解運(yùn)放的基礎(chǔ)知識(shí)，了解自己的應(yīng)用要求，并使用獨(dú)立工具和在線工具，就可以做出正確的選擇。
要 點(diǎn)
◆一只放大器的所有五只管腳都有重要規(guī)格。
◆應(yīng)用通常驅(qū)動(dòng)選擇過程。
◆了解數(shù)據(jù)資料的各個(gè)部分，能更好地選擇部件。
◆半導(dǎo)體工藝影響著放大器的規(guī)格。
◆在線工具與選擇指南可以幫助你找到正確的器件。
◆考慮使用專門的放大器。
◆你可能認(rèn)為選擇運(yùn)放是件再簡(jiǎn)單不過的事。畢竟，所有運(yùn)放都只有三個(gè)重要管腳：兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。但是，在設(shè)計(jì)一款普通運(yùn)放時(shí)，還必須考慮到另外兩個(gè)電源腳，全部五個(gè)管腳組成了令人困惑的規(guī)格陣列。事實(shí)上，放大器設(shè)計(jì)與選擇可能是最讓模擬系統(tǒng)工程師生畏的任務(wù)。
在選擇放大器時(shí)，必須確定該器件運(yùn)行的最大電壓和最小電壓、靜態(tài)電流、運(yùn)放要為負(fù)載提供的電流，以及它使用的所有其它電流。例如，你可能將兩個(gè)電源腳設(shè) 定為用分離電源的雙極運(yùn)行，或者將負(fù)電源端接地，作單端運(yùn)行（圖 1）。盡管任何放大器都可以接成雙極或單端電路，但通常有一些其它因素會(huì)使器件更適合單端工作。另外，輸入腳幾乎總是包含了輸入范圍內(nèi)的接地，或者提供滿擺幅輸入，此時(shí)輸入腳可以
工作到電源兩個(gè)極值上。還有一些事情也使設(shè)計(jì)復(fù)雜化，如運(yùn)放數(shù)據(jù)資料一般都表示單端工作的規(guī)格，盡管測(cè)試工程師有可能修改器件的工作條件，并重新描述規(guī)格以反映雙極工作狀況。
輸出電流是一項(xiàng)重要規(guī)格。即使在輸出腳低于兩個(gè)電壓線路 0.6V 情況下，滿擺幅輸出的器件也能提供可用的驅(qū)動(dòng)電流。與雙極輸出的器件相比，采用 FET 輸出的器件擺幅可以更接近兩個(gè)電壓線路。例如，Intersil 的 30mA EL5020在 5 mA 時(shí)，可以在兩個(gè)線路之間 15 mV 的范圍內(nèi)擺動(dòng)。為保證精確和低失真的性能，還必須了解輸出腳阻抗，這個(gè)阻抗會(huì)隨頻率而變化。另外，輸出腳必須驅(qū)動(dòng)某種電平的容性負(fù)載。有些器件要驅(qū)動(dòng)無(wú)限制的容性負(fù)載，如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的 LM8272，而普通的視頻放大器在數(shù)十個(gè)皮法的負(fù)載電容時(shí)就會(huì)振蕩。
Analog Devices 公司的應(yīng)用工程總監(jiān) Dave Kress 認(rèn)為，放大器選擇有五個(gè)關(guān)鍵要素（圖 2）：帶寬、電源、一個(gè)封裝中多只器件的要求、應(yīng)用和成本。另一方面，德州儀器公司 Burr-Brown 部的線性應(yīng)用經(jīng)理 Tim Green 則將這些因素縮減為三點(diǎn)：電壓、電流和帶寬。
不過，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的一名應(yīng)用工程師 Paul Grohe 更多地考慮放大器的內(nèi)部。他說：“偏置電流與帶寬這兩個(gè) B 是關(guān)鍵。一個(gè)快速器件會(huì)消耗較多電流，而一個(gè)低噪聲器件也會(huì)消耗較多電流。并且，如果你使用一個(gè)高的源阻抗，輸入偏置電流就是最重要的規(guī)格。”
美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司資深科學(xué)家 Bob Pease 指出，如果供應(yīng)商不能及時(shí)提供器件，規(guī)格就沒什么作用。他還說，噪聲經(jīng)常被忽視，但絕對(duì)是個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)。他說：“不存在簡(jiǎn)單的答案，你必須自己作判 斷。每種應(yīng)用都有一到兩個(gè)主要參數(shù)，你必須找出它們。你不可能擁有一切?！?br/>
Tim Regan 是 Linear Technology 的信號(hào)調(diào)節(jié)單元應(yīng)用經(jīng)理，他使用縮略詞 SNAP（供電電壓與電流/交流或直流性能需要/放大器數(shù)量/封裝）幫助工程師記憶這些重要的折衷關(guān)系。Maxim 的運(yùn)放與比較器商務(wù)營(yíng)銷經(jīng)理 Patrick Long 也提到，封裝是一個(gè)重要條件。例如，假設(shè)器件的目標(biāo)應(yīng)用是手機(jī)，你會(huì)希望用倒裝或焊球封裝。這些超小型封裝可在一個(gè)硅片大小的電路板空間上提供高性能的模擬功能。
理解運(yùn)放選擇范圍的一種方法是看數(shù)據(jù)單的結(jié)構(gòu)。第一頁(yè)是一個(gè)很有價(jià)值的工具，它給出了主要特性和目標(biāo)應(yīng)用。如果忽略那些營(yíng)銷 術(shù)語(yǔ)（如“慢”和“快”），而尋找實(shí)際的速度圖，就可以快速確定該放大器是否在自己應(yīng)用的適用范圍內(nèi)。第一頁(yè)可能說明了制造商用于制作該運(yùn)放的工藝（見附文1“運(yùn)算放大器工藝”）。
在運(yùn)放數(shù)據(jù)資料中，緊跟第一頁(yè)的一般是有關(guān)最大絕對(duì)額定值的部分。這部分通常包括器件將承受的最高電壓和溫度。顯然，這一部分的重要位置表明這些參數(shù)在選擇中的重要性，因?yàn)樗鼈兪墙^對(duì)的最大值。任何時(shí)刻器件都不能超過這些極限值。
數(shù)據(jù)資料中還有一些關(guān)于直流特性與交流特性及工作電壓的表格。表格清楚地表明了在設(shè)計(jì)者建立表格時(shí)，器件可以運(yùn)行的工作電壓。第一頁(yè)可能稱器件能工作在低至 2.7V 電壓下，而表格中可能表示器件可以運(yùn)行在 3V。雖然將一只 3V 器件運(yùn)行在 2.7V 是可以接受的，但卻不能使用 3V 下數(shù)據(jù)單表格中的規(guī)格值。你可以向制造商詢問在較低電壓下的器件特性，或者必須自己測(cè)試。表中的值都是制造商必須滿足的契約責(zé)任。
數(shù)據(jù)資料中，表格后面是圖表頁(yè)。雖然這些圖表并不表示一種法律責(zé)任，但它們很重要。例如，表格中可能表示一個(gè)很大的 PSRR（電源抑制比），而圖表卻顯示這個(gè)規(guī)格會(huì)隨頻率的增加而顯著下降。如果一只放大器正用于一個(gè)有 1MHz 輸出紋波的 1MHz 轉(zhuǎn)換開關(guān)，則必須用相應(yīng)圖表對(duì) 1MHz 下的 PSRR 作出評(píng)估，并且要記住設(shè)計(jì)者創(chuàng)建圖表時(shí)是在某個(gè)工作電壓下，這種電壓下可能得到比你的電路更好的結(jié)果。同樣，表中的電壓噪聲是基于較高頻率上的平坦噪聲。對(duì)于直流或低頻應(yīng)用，必須查詢圖表，以確定你電路中頻率對(duì)應(yīng)的噪聲（圖 3）。
還有一種專用放大器是混合放大器，它內(nèi)部使用分立晶體管或擁有多級(jí)放大器，即一種信號(hào)用多個(gè)放大器，而不是采用多個(gè)封裝。例如，Cirrus Logic 的 CS3001 系列有 1 萬(wàn)億（或 300 dB）的開環(huán)增益，這是其信號(hào)鏈中有一個(gè)以上放大器的確切標(biāo)志。相位響應(yīng)表明，這款器件是一種混合放大器，適用于儀器應(yīng)用。巨大增益意味著低失真。
另一種形式的混合放大器是斬波放大器，或自動(dòng)調(diào)零放大器。這些放大器也叫做自動(dòng)歸零放大器，它有一個(gè)不斷校正偏移電壓的第二個(gè)放大器。這種功能適用 于直流儀器中使用的器件，特別是偏移校正可以消除低頻噪聲。缺點(diǎn)是這些器件速度慢，而它們的斬波頻率一般在 100Hz~35kHz范圍內(nèi)，會(huì)對(duì)輸出造成干擾。這個(gè)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期的有用頻率，要用后面的濾波器級(jí)將其過濾掉。一個(gè)值得注意的例外是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的 LMP2011，它擁有與斬波放大器相應(yīng)的微伏級(jí)偏移，而仍有 3 MHz 的帶寬。該器件亦提供比其它斬波放大器更好的瞬態(tài)響應(yīng)與轉(zhuǎn)換速率。
差分輸出放大器提供一個(gè)音頻信號(hào)路徑，它不受接地回路或緩沖差分輸入 ADC 的影響。差分輸出音頻放大器工作在千赫茲范圍，而 ADC 緩沖則工作在千兆赫茲范圍。
儀表放大器通常是有三個(gè)放大器的混合式放大器，這樣輸入可以工作在大的共模范圍內(nèi)。當(dāng)你改變一只普通放大器正引腳的電壓時(shí)，輸出電壓會(huì)跟隨輸入電壓變化，同時(shí)輸入腳之間的差值使輸出端超出該電平。另一方面，儀表放大器有基準(zhǔn)腳，它將輸出基準(zhǔn)設(shè)定在所需的電壓，一般為地。這一特性使它們能用于測(cè)量 Whe
atstone 橋傳感器，如壓力規(guī)，也可以用于測(cè)量高側(cè)電流。它的缺點(diǎn)是速度低和成本高。儀表放大器的通常目標(biāo)用途是直流信號(hào)。有些具有5Hz ~ 0.5MHz的帶寬（根據(jù)增益），如德州儀器公司 Burr-Brown 部的 PGA206。這些器件有數(shù)字可編程的增益，并采用 JFET（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管）輸入級(jí)，提供低噪聲和高速度。
其它專用放大器已不太流行，但對(duì)那些了解如何使用的模擬專家來說，它們?nèi)?然是有用的。互導(dǎo)放大器（如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的 LM13700）有可變?cè)鲆?。它們將控制腳上的輸入電流乘以放大器輸入腳上的電壓。數(shù)據(jù)資料值得一讀的原因只是因?yàn)樗采w了繁多應(yīng)用（參考文獻(xiàn) A）。該公司的 LM3900 Norton 放大器已經(jīng)過時(shí)，但 LM359 仍在生產(chǎn)。這些放大器采用 Norton 的電流定律，它作用于進(jìn)入電源鏡像的一個(gè)電流差，與幾乎所有其它放大器所采用的輸入差分對(duì)相反。該器件很少見，但能為分析與理解提供一種有趣的練習(xí)（參考文獻(xiàn) B）。On Semiconductor 公司的 MC33304 電源自適應(yīng)放大器也已過時(shí)，但仍令人感興趣，因?yàn)闊o(wú)論何時(shí)其輸出電流超過用戶選擇的閾值時(shí)，它的靜態(tài)電流與頻率響應(yīng)都會(huì)增加。
參考文獻(xiàn)
A. "LM13700—Dual Operational Transconductance Amplifier with Linearizing Diodes and Buffers," National Semiconductor, 2007.
B. "LM359 Dual, High Speed, Programmable, Current Mode (Norton) Amplifiers," National Semiconductor, August 2000.
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