运算放大器选型指南

|1运算放大器选型指南2011–2012内含产品选型和设计公式插页2|运算放大器选型指南ADI公司为每种应用都准备了合适的放大器为什么会有如此之多不同类型的运算放大器？ADI公司的工程师坚持不懈地追寻令人捉摸不定的理想运算放大器，虽然我们离实现它仅几步之遥，但遗憾的是，它仍然只存在于书本中。因此，我们致力于提供类型广泛的运算放大器，来满足客户的众多不同需求。选择运算放大器并非易事，可供选择的放大器类型、类别、架构和参数如此之多，因此选择过程可能相当困难。每位客户和每种应用所要求的性能可能都略有不同。无论您是设计咖啡机(不错，咖啡机中也会使用运算放大器)，还是新一代医疗成像系统，ADI公司都能提供合适的放大器来满足您的需求。本手册将能够帮助您轻松快捷地找到满足您应用需求的运算放大器。手册包括如下内容：运算放大器术语和用于制造IC的工艺说明、各种选型表、应用指南、设计工具，以及一份方便易用的运算放大器参考挂图插页。希望您经常查阅这份选型指南，它将帮助您更好地了解和鉴识运算放大器及其诸多应用。目录运算放大器术语....................................................3放大器设计技术....................................................4放大器工艺和调整技术............................................5快速选型指南——高速放大器(插页)..............................6快速选型指南——精密放大器(插页)...............................7按性能规格分类的放大器选型指南精密放大器(带宽50MHz)零漂移...............................................................10零输入交越失真(ZCO).............................................11过压保护(OVP)......................................................12超低失调电压(VOS≤250μV最大值)...............................13低失调电压(VOS≤1mV)............................................15低功耗(每个放大器的IS≤1mA)...................................16低噪声(Vn≤10nV/√Hz).............................................18低输入偏置电流(IB≤50pA)........................................20单电源...............................................................22轨到轨输出.........................................................24轨到轨输入/输出..................................................27低成本...............................................................29高速放大器(带宽50MHz)差分................................................................31低噪声/低失真......................................................32低成本...............................................................33轨到轨输入/输出...................................................34FastFET(FET输入)....................................................35电流反馈............................................................36高输出电流.........................................................37高电源电压.........................................................38箝位.................................................................39按应用分类的放大器选型指南能源.................................................................40过程控制和工业自动化............................................41仪器仪表与测量....................................................42电机和电源控制....................................................43医疗保健............................................................44通信.................................................................46消费类音频设备...................................................47汽车电子...........................................................48防务和航空航天....................................................49工具、评估板和其它设计资源....................................53放大器配置常用设计公式(插页)...................................57封装.................................................................60|3运算放大器术语共模电压范围(CMVR)也称为输入电压范围，CMVR是两个输入端允许的输入电压范围，如果超过此范围，输出将发生削波或过大非线性现象。共模抑制比(CMRR)共模电压范围(CMVR)与此范围内的输入失调电压(ΔVoOS)变化的比值，结果用dB表示。CMRR(dB)=20log(CMVR/ΔVOS)全功率带宽指在单位增益下测得的最大频率，在该频率下，额定负载上可以获得一个正弦信号的额定输出电压，并且压摆率限制不会导致失真。增益带宽积(GBW)特定频率下开环增益与带宽的乘积。输入偏置电流(IB)输入引脚的电流。输入偏置电流漂移额定温度范围内输入偏置电流相对于温度的比例变化。输入失调电流两个输入电流之差。输入失调电流漂移输出保持恒定电压时，额定温度范围内输入失调电流的变化比率。输入失调电压漂移(TCVOS)输入失调电压变化与温度变化的比值。失调电压(VOS)为获得零输出电压，运算放大器输入引脚所需的差分电压。失调电压值范围依工艺和设计技术而异：•自稳零运算放大器：1μV•精密运算放大器：50μV至500μV•最佳双极性运算放大器：10μV至25μV•最佳JFET输入运算放大器：100μV至1000μV•最佳双极性高速运算放大器：100μV至2000μV•未调整的CMOS运算放大器：2mV•DigiTrim®CMOS运算放大器：100μV至1000μV开环增益(AVO)输出电压与两个输入引脚之间的输入失调电压的比值，结果用dB表示。通常只规定DC(AO)时的增益，但对于许多应用，如视频和RF所用的高速放大器等，增益的频率相关性也很重要。基于此，我们给出了每个放大器的开环增益和相位响应。工作电源电压范围放大器在额定范围内工作时，能够施加于放大器的电源电压范围。许多应用的运算放大器电路采用平衡的双电源，但有些应用出于节能或其它原因而使用单电源。例如，汽车和轮船设备中的电池电源仅提供一个极性。甚至线路供电的设备，如计算机等，也可能只有单极性电源，为系统提供+5V或+12V直流电源，或者低至1.8V，较新的应用使用的电压甚至更低。电源抑制比(PSRR)电源电压的变化与输入失调电压的变化之比，结果用dB表示。PSRR=20log(ΔVSY/ΔVOS)建立时间施加一个阶跃输入后，放大器建立至某一预定的精度水平或输出电压百分比所需的时间。压摆率在大信号条件下，输出电压变化的最大速率，结果通常用V/μs表示。电源电流放大器空载工作时电源电压需提供的电流。小信号单位增益频率开环增益为1或0dB时的频率。仅适用于200mV以下的信号。由于压摆率限制，在高频时无法获得大输出电压摆幅。4|运算放大器选型指南放大器设计技术箝位放大器箝位放大器允许设计人员指定高(VCH)和低(VCL)输出箝位电压，以使输出信号箝位在特定电平。与传统的输出箝位器件相比，ADI公司独特的CLAMPIN™输入箝位架构显著改善了箝位性能，箝位区的箝位误差和失真极小。共模线性化放大器提高输入级的线性输入范围可优化运算放大器的大信号失真，这可以通过使用退化微分结构和AB类输入级等架构来实现，这两种结构均会提高噪声并降低精度。一种替代方法是使用共模结构来实现线性化，其噪声由输入级固有的差分特性抑制，同时能够保持CMRR、PSRR和VOS等精度性能。ADI公司的许多新放大器现在都采用这项新技术，共模线性化输入架构已获得专利。电流反馈型放大器电流反馈型放大器主要用于要求高速、大压摆率和低失真的应用。其基本原理基于这样一个事实：在双极性晶体管电路中，在所有其它条件相同的情况下，电流的切换速度快于电压。不同于电压反馈型放大器(VFB)，电流反馈型放大器(CFB)没有平衡的输入。相反，其同相输入端为高阻抗，反相输入端为低阻抗。CFB的开环增益用Ω为单位来衡量(跨导增益)，而不是VFB放大器所用的V/V。此外，反馈电阻的值对CFB的稳定性有直接作用。因此，强烈建议采用数据手册推荐的反馈电阻。差分放大器差分放大器支持将单端输入处理成互补差分输出，或者将差分输入处理成差分输出。这些放大器具有两个独立的反馈环路，分别控制差分和共模输出电压。ADI公司的差分放大器配有VOCM引脚，可以轻松调整该引脚以设置输出共模电压，这对与模数转换器(ADC)接口十分有利。ADI公司还提供一系列差分接收器产品，用于将差分输入信号转换为单端输出。四内核(H电桥)ADI公司已为四内核架构申请专利，它能按需提供电流以对内部主极点电容进行充电和放电，而静态电流则非常小。这一专利架构支持放大器以低失真和低电源电流提供高压摆率。过压保护(OVP)放大器供电轨输入电压可能因为制造短路、电源时序或人为失误而超出范围，OVP放大器是保护放大器和整个电路免受过压损害的最鲁棒解决方案。OVP能够防止各种意外错误影响电路，进而节省时间和金钱。OVP放大器无需外部电路即可提供保护。零漂移放大器零漂移放大器动态校正失调电压，以实现nV级失调电压和极低的失调电压时间/温度漂移。1/f