Jag är helt snurrig: Varför finns det så många operationsförstärkare?

Att välja rätt eller "bäst" operationsförstärkare för ett projekt kan vara tufft och överväldigande. Även om du begränsar ditt sökande till en enda leverantör finns det troligen tiotals liknande enheter att välja mellan, ofta med nya versioner. Leverantörsguider kan hjälpa dig med breda kategorier (som hög hastighet, precision, högspänning) men även de här egenskaperna överlappar och gör det svårt att välja.

Så varför finns det så många operationsförstärkare? Cynikern kanske säger: "För att det är möjligt", men det är inte den verkliga orsaken. Varje variant av operationsförstärkare kan vara kostsam och kräver ändringar i en eller flera faktorer i design, tillverkning, test, kvalifikation, produktplanering, orderuppfyllelse, förpackning med mera.

En akademiker skulle i stället säga att svaret på frågan är uppenbar: "Det är för att det inte finns någon perfekt operationsförstärkare." Det är tekniskt sett korrekt men det är inte heller en anledning. Det kan faktiskt vara så att du inte vill ha den perfekta operationsförstärkaren, med oändlig bandbredd, noll brus och inga andra brister, eftersom det är för mycket av det goda. För att använda den i din tillämpning skulle du till exempel behöva lägga till ett externt filter för att dämpa externt brus så att det inte påverkar operationsförstärkaren, i stället för att förlita dig på den begränsade bandbredden för själva enheten.

Anledningen till att det finns så många operationsförstärkare är faktiskt en följd av två faktorer. Den första faktorn är mängden olika tillämpningar. Den andra faktorn är det eviga tekniska problemet med kompromisser. När det gäller operationsförstärkare – liksom många andra komponenter – handlar kompromisserna inte om ja/nej-frågor, utan har subtiliteter och nyanser i grad och prioritet.

Vissa tillämpningar tolererar mindre önskvärda värden för vissa parametrar för att få riktigt bra prestanda i en eller två som verkligen spelar någon roll i den situationen. Till exempel kan en precisionsinstrumentkrets verkligen behöva låg förskjutning över ett brett temperaturintervall och vilja acceptera viss ytterligare utstrålning för att uppnå det målet. Men frågan är alltid upp "Hur mycket är du villig att ge upp på andra saker för att uppnå ditt primära mål?" Om du kan få 10 % bättre förskjutningsprestanda men till kostnaden av 50 % ökning i några sekundära specifikationer, är det värt det?

Sedan finns såklart kostnadsfaktorn: trots att nästan alla tillämpningar är kostnadskänsliga är frågan i vilken utsträckning kostnaden är en kritisk faktor. Om du lägger lite mer pengar och får en enhet med 10 % lägre brus, är det värt det? En sak är säker – det finns inget skolboksexempel.

Vi tar två operationsförstärkare med nollpunktsförskjutning: Microchip Technology MCP6V51 och Texas Instruments OPA735. Utöver andra skillnader har Microchip-enheten en maximal ingångsförskjutning på ±15 mikrovolt (µV) och maximal förskjutningsdrift på ±36 nanovolt (nV)/°C, (figur 1). Texas Instruments-komponenten har en tredjedel av den maximala ingångsförskjutningen på ±5 µV med cirka 50 % högre maximal förskjutningsdrift på ±50 nV/°C (figur 2). Vilken är då bättre?

Figur 1: Ingångsförskjutningsspänning jämfört med omgivningstemperatur är en kritisk specifikation i precisionstillämpningar för operationsförstärkare. Här visas den för Microchip Technologys MCP6V51. (Bildkälla: Microchip Technology)

Figur 2: Förskjutningsdriften visas på ett annat sätt för OPA735 men är tydligen bara några nV/°C. (Bildkälla: Texas Instruments)

Svaret är bedrägligt enkelt, som svaret är i många tekniksituationer: "Det beror på." I det här fallet beror det på hur kritiskt det ingångsförskjutningsvärdet är jämfört med dess driftvärde, men det kanske bara är giltigt för en viss tillämpning.

Beslutet om vad och hur mycket du ska ge upp för att att få det du vill ha är ett noga uträknat samspel mellan många faktorer och bedömningar, och det är kärnan i den tekniska utmaningen. Det är ofta ett svårt beslut eftersom alla i designgranskningen kan ha legitimt olika ståndpunkter.

Det finns ett oräkneligt antal tillämpningsprioriteringar, relativa avvägningar och beslut om vad man ska ge upp för att få det man vill ha. Den goda nyheten är att de många olika alternativen underlättar sökandet efter något som passar mycket väl (i de flesta fall). Men mängden alternativ kan vara överväldigande, och det leder till två möjligheter: designers kanske bara väljer den första enheten som kommer tillräckligt nära eller väljer bara en leverantör och enhet som har använts tidigare och som de är mest bekväma med.

Ironiskt nog väljer många designers, trots de många operationsförstärkare som redan finns och det ständiga flödet av nya, i slutänden med den de känner till bäst.

Om skribenten

Image of Bill Schweber

Bill Schweber är en elektronikingenjör som har skrivit tre skolböcker om elektronikkommunikationssystem samt hundratals tekniska artiklar, kolumner och produktfokusartiklar. Tidigare har han arbetat som tekniskt ansvarig för ett flertal ämnesspecifika webbplatser hos EE Times, samt varit både Executive Editor och Analog Editor på EDN.

På Analog Devices, Inc. (en ledande leverantör av analoga kretsar och blandsignalskretsar) arbetade Bill med marknadskommunikation (PR). Det innebär att han har befunnit sig på bägge sidor av tekniken: han har både tagit fram produkter, berättelser och information till media och stått som mottagare.

Innan han kom till marknadskommunikationsavdelningen på Analog var Bill redaktör för deras välrenommerade tekniska magasin och deltog även i arbetet i företagets produktmarknadsförings- och applikationsingenjörsgrupper. Dessförinnan var Bill på Instron Corp. och arbetade praktiskt med design av analoga kretsar och strömkretsar samt systemintegration av maskinkontroller för materialtestning.

Han har en MSEE (Univ. of Mass) och kandidatexamen i elektroteknik (Columbia Univ.), är Registered Professional Engineer och har en amatörradiolicens av graden Advanced Class. Bill har även planerat, skrivit och presenterat onlinekurser i diverse teknikämnen, däribland grunderna om MOSFET, ADC-val och LED-drivkretsar.

More posts by Bill Schweber