運(yùn)算放大器（op amp）是所有類型模擬電路的基本組成部分。數(shù)十家供應(yīng)商提供了數(shù)千種不同的產(chǎn)品，從擁有豐富而廣泛的設(shè)備目錄的廣泛供應(yīng)商到提供專注于狹窄利基市場(chǎng)的放大器的來(lái)源，例如低失真音頻設(shè)備、低噪聲射頻設(shè)備、和超穩(wěn)定的儀表單元。

運(yùn)算放大器與“高級(jí)”模擬元件的區(qū)別在于，它們是單功能 IC，內(nèi)部任務(wù)由一個(gè)簡(jiǎn)單的符號(hào)表示（圖 1）。與嵌入更高集成度的模擬組件不同，基本運(yùn)算放大器 IC 僅具有單個(gè)模塊，但可以配置為提供或構(gòu)建許多其他功能。

圖 1不要被運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單示意圖所誤導(dǎo)，因?yàn)樗梢耘渲脼閷?shí)現(xiàn)如此多重要的模擬功能，因?yàn)橹車贾昧藷o(wú)源元件。資料來(lái)源：英國(guó)利物浦大學(xué)

選擇合適的運(yùn)算放大器

鑒于已經(jīng)有無(wú)數(shù)的運(yùn)算放大器可用，假設(shè)確實(shí)不需要更多運(yùn)算放大器在某種程度上是合乎邏輯的。事實(shí)上，為非普通應(yīng)用選擇合適的運(yùn)算放大器可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。一些工程師從首選供應(yīng)商開始，看看是否列出了可以完成這項(xiàng)工作的任何東西；如果是這樣，可能沒有必要進(jìn)一步研究。

其他人喜歡使用他們以前使用過(guò)的運(yùn)算放大器，如果它至少足夠好的話。這簡(jiǎn)化了產(chǎn)品測(cè)試和評(píng)估，并降低了組件風(fēng)險(xiǎn)和意外。10、20 或更多年前推出的運(yùn)算放大器仍然在制造并列為適用于新設(shè)計(jì)的有源部件，這種情況并不常見。這不僅使設(shè)計(jì)工程師的工作變得更容易，而且對(duì)擁有成熟制造和測(cè)試過(guò)程的產(chǎn)品的供應(yīng)商也有利。因此，產(chǎn)量高，成本低，交付更好；這種雙贏的局面有什么不喜歡的？

然而，如此多的運(yùn)算放大器的可用性體現(xiàn)了設(shè)計(jì)工程師持續(xù)挑戰(zhàn)的核心。如何平衡項(xiàng)目的目標(biāo)和優(yōu)先事項(xiàng)？例如，您可以獲得一個(gè)在一個(gè)或兩個(gè)規(guī)格方面表現(xiàn)出色的運(yùn)算放大器，這可能對(duì)低偏置電流或熱漂移等應(yīng)用非常關(guān)鍵，同時(shí)其其他參數(shù)的規(guī)格也很好但不是很好。或者你可以得到一個(gè)在所有規(guī)格上都相當(dāng)不錯(cuò)的運(yùn)算放大器，但在其中任何一個(gè)方面都不突出。

哪個(gè)更適合特定應(yīng)用程序取決于項(xiàng)目?jī)?yōu)先級(jí)、它們之間的相對(duì)權(quán)重，以及您需要或想要那些少數(shù)真正優(yōu)秀的規(guī)范的程度。你能接受更高的漂移性能以獲得更低的偏移嗎？工程困境是這樣的：“更好的性能對(duì)你來(lái)說(shuō)價(jià)值多少，你會(huì)放棄什么以及付出多少來(lái)獲得它？”當(dāng)然，沒有正確的答案；它由定量電子表格和定性經(jīng)驗(yàn)共同決定。這就是為什么運(yùn)算放大器通常隨附 20 或 30 頁(yè)的數(shù)據(jù)表，其中包含圖表、表格、圖形等，以充分展示其功能的微妙之處。

設(shè)計(jì)案例研究

最近推出的一對(duì)不同的運(yùn)算放大器說(shuō)明了沿著不同的軸推動(dòng)性能包絡(luò)。STMicroelectronics的TSV772是一款微型雙路運(yùn)算放大器（采用 DFN8 封裝的 2.0 mm × 2.0 mm），它結(jié)合了高精度和低功耗以及 25°C 時(shí) 200 μV 的最大輸入失調(diào)電壓。這種低輸入偏移確保了對(duì)低幅度信號(hào)的準(zhǔn)確處理，并且可以消除對(duì)精密外部電阻器的需求，從而避免在生產(chǎn)中對(duì)電路進(jìn)行修整或校準(zhǔn)。它非常適合用作煙霧探測(cè)器和醫(yī)療傳感器中光電二極管的低輸出電流的跨阻放大器。

它的規(guī)格還使其非常適合低側(cè)負(fù)載電流感應(yīng)，這通常比補(bǔ)充高側(cè)感應(yīng)更容易實(shí)現(xiàn)；盡管在許多情況下，必須使用更困難的高端傳感。在低端檢測(cè)中，檢測(cè)電阻器 Rshunt放置在負(fù)載和電路接地之間，并使用運(yùn)算放大器放大產(chǎn)生的壓降（圖 2）。

圖 2在其眾多功能中，TSV772 非常適合用作低側(cè)電流檢測(cè)電阻放大器。資料來(lái)源：意法半導(dǎo)體

在通常的安排中，電阻對(duì)值選擇相等：

其中 Vio和 Iio分別是輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流，這清楚地表明了低失調(diào)值在該應(yīng)用中的重要性。對(duì)于給定的電流值和所需的精度，分流電阻器也可以選擇具有較低的值，從而降低接地路徑中的功耗和電壓降。

針對(duì)非常不同的應(yīng)用，德州儀器 (TI) 的BUF802緩沖放大器具有在 1 Vpp輸入時(shí)高達(dá) 3.1 GHz 的大信號(hào)帶寬（在 2 VPP時(shí)高達(dá) 2 GHz）和快速壓擺率 (7000 V/μsec)和快速建立時(shí)間（0.7 納秒至 1%），如圖 3所示。輸入電壓噪聲僅為 2.3 nV/√Hz，而輸入阻抗（這些應(yīng)用中的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)）為 50 GΩ 與 2.4 pF 并聯(lián)。

圖 3BUF802 緩沖放大器不進(jìn)行信號(hào)處理，但在模擬信號(hào)鏈中的敏感信號(hào)源與其負(fù)載之間發(fā)揮必要的接口作用。資料來(lái)源：德州儀器

JFET 輸入 BUF802 采用 ±4.5 V 至 ±6.5 V 電源供電，可輕松驅(qū)動(dòng)無(wú)處不在的 50Ω 負(fù)載。它還提供用戶可調(diào)節(jié)的靜態(tài)電流以實(shí)現(xiàn)功率/性能權(quán)衡，以及具有快速過(guò)驅(qū)動(dòng)恢復(fù)的集成輸入/輸出鉗位，這是這些應(yīng)用中的另一個(gè)問題。

緩沖器在信號(hào)鏈中發(fā)揮著重要但可能被低估的作用。它們的主要功能主要是從下一階段的變幻莫測(cè)中隔離（而不是電流地）敏感的輸入信號(hào)。隨后的級(jí)負(fù)載可能具有電抗阻抗或變化的阻抗，這對(duì)于源處理而言將具有挑戰(zhàn)性。緩沖區(qū)的作用并不多，但它對(duì)系統(tǒng)性能仍然很重要。