令人头昏脑胀:为何会有如此多的运算放大器呢?

为项目选择合适或“最好”的运算放大器,可能是件令人头痛的事。即便是将搜索范围限制在单个供应商,也可能要考虑数十种大同小异的器件,况且时常还有新产品发布。供应商的选型指南或许有助于粗略分类(如高速、精度、高压),但即使是这样划分,也会出现重叠且具有不明确性。

那么,为何会有如此多运算放大器呢?愤世嫉俗派或许会说“因为他们造得出”,可这并不是真正的原因。运算放大器的每种类型和子类型可能都成本极高,需要在设计、制造、测试、认证、生产规划、订单履行、封装等诸多环节中变更一个或多个环节。

学者反而会认为这个问题的答案显而易见:“因为没有完美的运算放大器。”就技术而言,的确如此,但这也不是根本原因。事实上,也许您想要的并非理想的运算放大器,具有无限带宽、零噪声,没有任何“缺陷”。毕竟,过犹不及。例如,要在应用中使用运算放大器,您可能需要增加一个外部滤波器,以减弱外部噪声对运算放大器的影响,而不是依赖器件本身有限的带宽。

存在如此多运算放大器的原因,其实是两个因素共同影响的结果。首先是应用的多样性。其次是工程问题免不了取舍。就运算放大器而言(与许多其他元器件一样),取舍并非简单的是/否问题,而是在于程度和优先级上的细微差别。

某些应用要忍受部分参数值不太理想的情况,以便在这种情况下,通过一两个关键参数实现真正出色的性能。例如,精密仪器电路可能确实需要在宽温度范围内实现低失调漂移,而为了达到这一目标,额外的耗散则是可以接受的。然而,问题总归是“你愿意舍弃多少来实现这个首要目标?”如果能使失调漂移性能提升 10%,但为此付出的代价却是某些次要规格增加 50%,值得吗?

当然,还有成本因素:尽管几乎所有应用都对成本很敏感,但问题在于,成本因素的关键程度如何。如果多花几美分就能买到噪声降低 10% 的设备,值得吗?教科书上肯定找不到答案。

让我们来看看两款“零漂移”运算放大器:Microchip TechnologyMCP6V51Texas InstrumentsOPA735。除其他差别外,Microchip 器件的最大初始偏移值为 ±15 微伏 (µV),最大失调漂移值为 ±36 纳伏 (nV)/°C(图 1)。Texas Instruments 器件的最大初始偏移值为 ±5 µV,仅是前者的 1/3,但最大失调漂移值为 ±50 nV/°C,比前者高出 50%(图 2)。相比之下,哪一款性能更佳?

图 1:对于精密运算放大器应用而言,相对于环境温度的输入补偿电压是一个关键参数。这里显示的是 Microchip Technology 的 MCP6V51。(图片来源:Microchip Technology)

图 2:OPA735 的补偿电压漂移则是以另一种方式表示,但显然只有几个 nV/°C。(图片来源:Texas Instruments)

就像许多工程问题一样,答案貌似很简单: “看情况”。在这种情况下,它取决于相比漂移值初始偏移值有多重要。但是,这只是对个别特定的应用有效而已。

为了实现目标,决定舍弃什么、舍弃多少,是由多个因素和判断相互作用的结果,这正是工程问题的核心挑战。通常情况下,这是十分艰难的抉择,因为在设计评审时,每个人都可能拥有不同的合理观点。

这样,就存在无数迥然不同的应用优先级、相对权重,以及可能作出的“为实现目标而舍弃什么”的抉择。所幸选择范围很广,总能找到相当合适的器件(在多数情况下)。然而,选择众多也令人头痛,这就可能导致两种后果:设计人员可能会只选择第一个接触到的符合要求的设备,或是单纯选择让他们最满意的、以前合作过的供应商和使用过的设备。

讽刺的是,尽管运算放大器种类繁多且新品不断,但无论用对用错,许多设计人员最终还是只会选择最熟悉的器件。

关于此作者

Image of Bill Schweber

Bill Schweber 是一名电子工程师,撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品特性说明。他担任过 EE Times 的多个特定主题网站的技术管理员,以及 EDN 的执行编辑和模拟技术编辑。

在 Analog Devices, Inc.(模拟和混合信号 IC 的领先供应商)工作期间,Bill 从事营销传播(公共关系),对技术公关职能的两个方面均很熟悉,即向媒体展示公司产品、业务事例并发布消息,同时接收此类信息。

担任 Analog 营销传播职位之前,Bill 在该公司颇受推崇的技术期刊担任副主编,并且还在公司的产品营销和应用工程部门工作过。在此之前,Bill 曾在 Instron Corp. 工作,从事材料测试机器控制的实际模拟和电源电路设计及系统集成。

他拥有电气工程硕士学位(马萨诸塞州立大学)和电气工程学士学位(哥伦比亚大学),是注册专业工程师,并持有高级业余无线电许可证。Bill 还规划、撰写并讲授了关于各种工程主题的在线课程,包括 MOSFET 基础知识、ADC 选择和驱动 LED。

More posts by Bill Schweber