【導(dǎo)讀】為了了解運(yùn)算放大器電路中的功耗問題，我們首先明白具有低靜態(tài)電流 (IQ)的放大器以及增加反饋網(wǎng)絡(luò)電阻值與功耗之間的關(guān)系。
問：了解運(yùn)算放大器電路中的功耗設(shè)計(jì)
圖 1 : 示例電路中的輸入及輸出信號(hào)（圖片來源: Texas Instruments）
圖 2：傳感器放大電路（圖片來源: Texas Instruments）
表1 : 各類低功耗運(yùn)算放大器比較表
降低負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的電阻值
現(xiàn)在繼續(xù)考慮公式 5 和 6 中的其余項(xiàng)。Vamp 項(xiàng)相互抵消，對(duì) Ptotal,avg 和 Voff 沒有影響，通常由應(yīng)用中預(yù)先確定。換句話說，系統(tǒng)無法使用Voff來降低功耗。類似地，V+ 軌電壓通常由電路中可用的電源電壓設(shè)置。另外，RLoad 也是由應(yīng)用預(yù)先確定的。但是，RLoad 是包括任何負(fù)載輸出的組件，而不僅是負(fù)載電阻器 RL。在圖 1 所示電路的情況下，RLoad 將包括 RL 和反饋組件 R1 和 R2。因此，RLoad 將由等式7和8定義如下。
通過增加反饋電阻的值，系統(tǒng)中放大器的輸出功率亦相應(yīng)降低。當(dāng)Poutput 支配 PQuiescent 時(shí)，此技術(shù)特別有效，但也有其局限性。如果反饋電阻變得明顯大于 RL，則 RL 將主導(dǎo) RLoad，從而使功耗停止下降。大反饋電阻器還會(huì)與放大器的輸入電容相互作用，使電路不穩(wěn)定并產(chǎn)生明顯的噪聲。
為了最大限度地減少這些組件的噪聲產(chǎn)生，最好將在每個(gè)運(yùn)算放大器輸入端（見下圖4）看到的等效電阻的熱噪聲與放大器的電壓噪聲頻譜密度進(jìn)行比較。經(jīng)驗(yàn)法則是確保放大器的輸入電壓噪聲密度規(guī)格至少是從放大器的每個(gè)輸入端觀察到的等效電阻的電壓噪聲的三倍。
圖4：電阻器熱噪聲（圖片來源: Texas Instruments）
現(xiàn)實(shí)世界中的例子
從以上結(jié)果得出，TLV9002 設(shè)計(jì)的功耗是 TLV9042 設(shè)計(jì)的四倍多。這是較高放大器 IQ 的結(jié)果，亦顯示利用高 IQ 的運(yùn)算放大器，就算嘗試使用低反饋電阻值的情況下，亦不會(huì)有顯著的功耗節(jié)省。以上例子我們有兩個(gè)技巧，就是增加電阻值和選擇具有較低靜態(tài)電流的運(yùn)算放大器。這兩種策略在大多數(shù)運(yùn)算放大器應(yīng)用中都可用。
使用低電壓軌省電
再重溫公式 1 和 6 定義具有正弦信號(hào)和直流偏移電壓的單電源運(yùn)算放大器電路的平均功耗：
另外，從公式6中的V+是代表線路的電源軌 (V+)，它是直接與功耗成正比，所以將電源軌 (V+)設(shè)置為電路中最低可用的電源電壓，這也是一個(gè)降低功耗的方法。許多運(yùn)算放大器的最低電源電壓范圍為 2.7V 或 3.3V。之所以有此限制的原因，與將內(nèi)部晶體管維持在所需工作范圍內(nèi)所需的最低電壓有關(guān)。一些運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)用于低至 1.8V 甚至更低的電壓。例如，TLV9042 通用運(yùn)算放大器可以在 1.2V 電壓軌下工作。
文章來源：得捷電子DigiKey
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