Mijn hoofd tolt ervan: waarom zoveel opamps?

Het kiezen van de juiste of “beste” operationele versterker (opamp) voor een project kan een ontmoedigende en overweldigende ervaring zijn. Zelfs als je je zoekopdracht tot een enkele leverancier beperkt, zijn er waarschijnlijk tientallen, redelijk vergelijkbare apparaten waaruit je kunt kiezen, en vaak zijn er ook nieuwe releases. Selectietools voor leveranciers kunnen helpen om brede categorieën te onderscheiden (bijvoorbeeld hoge snelheid, precisie, hoge spanning), maar zelfs deze onderverdelingen overlappen elkaar en zijn niet eenduidig.

Dus de vraag die bij je opkomt is, waarom zoveel opamps? Een cynische persoon zou zeggen: “Dat doen fabrikanten omdat ze het zich kunnen permitteren", maar dat is niet de echte reden. Elke opamp-variant en sub-variant kan veel geld kosten, en vereist aanpassingen in een of meerdere factoren van ontwerp, fabricage, test, kwalificatie, productieplanning, orderafhandeling, verpakking enzovoorts.

Een academicus zou daarentegen zeggen dat het antwoord op de vraag evident is: “Omdat er geen perfecte opamp bestaat.” Alhoewel dit technisch gezien correct is, is ook dit niet de reden. In feite wil je niet eens een ideale opamp, met oneindige bandbreedte, nul ruis en geen andere "imperfecties", domweg, omdat dat te veel van het goede zou zijn. Om de opamp in uw toepassing te gebruiken, zult u bijvoorbeeld wellicht een extern filter toevoegen om de impact van externe ruis op de opamp te verzwakken, in plaats van te vertrouwen op de beperkte bandbreedte van het apparaat zelf.

De reden dat er zoveel opamps bestaan, is in feite de consequentie van twee factoren. Ten eerste is er de enorme diversiteit aan toepassingen. Ten tweede is er de eeuwige technische kwestie van compromissen en afwegingen. In het geval van opamps – en van vele andere componenten – zijn deze afwegingen geen eenvoudige ja/nee-vragen, maar bevatten ze subtiliteiten en nuances van verschillende graden en prioriteiten.

Sommige applicaties zullen minder wenselijke waarden voor sommige parameters tolereren teneinde superieure prestaties te krijgen voor die een of twee parameters die er in die gegeven situatie echt toe doen. Een circuit voor precisie-instrumenten kan bijvoorbeeld echt, heus, een lage offset-drift over een breed temperatuurbereik nodig hebben, waardoor men bereid is om wat extra dissipatie te accepteren om dat doel te bereiken. Maar de vraag blijft altijd “Hoeveel wil je op een ander punt inleveren om je primaire doel te bereiken?” Als je een 10% betere offset-afwijking kunt verkrijgen maar dit wel een verhoging van 50% van een aantal secundaire specificaties met zich mee brengt, is het dat dan wel waard?

En dan is er natuurlijk ook nog zoiets als de kostenfactor: maar hoewel bij bijna alle toepassingen de kosten een punt van overweging zijn, is het maar de vraag in hoeverre kosten werkelijk een kritieke factor zijn. Als ik door enkele centen meer uit te geven een apparaat met 10% minder ruis krijg, is dat dan de moeite waard? Het antwoord staat niet in een academisch leerboek, dat is een ding dat zeker is.

Kijk maar eens naar deze twee “nul-offset” opamps: de Microchip Technology MCP6V51 en de Texas Instruments OPA735. Naast andere verschillen biedt het toestel van Microchip een initiële maximale offset van ±15 microvolt (µV) en maximale offset-afwijking (drift) van ±36 nanovolt (nV)/°C (Afbeelding 1). Het onderdeel van Texas Instruments heeft een derde van de initiële maximale offset, ±5 µV, maar een ongeveer 50% hogere maximale offset-afwijking, ±50 nV/°C (Afbeelding 2). Dus welke is beter?

Afbeelding 1: de offset-spanning in de ingang vs. de omgevingstemperatuur is een kritieke specificatie voor de precisie in opamp-toepassingen. Hier wordt dit getoond voor de Microchip Technology MCP6V51. (Bron afbeelding: Microchip Technology)

Afbeelding 2: de afwijking van de offset-spanning wordt voor de OPA735 op een andere manier gepresenteerd, maar het is duidelijk dat deze slechts een paar nV/°C bedraagt. (Bron afbeelding: Texas Instruments)

Het antwoord is bedrieglijk eenvoudig, zoals vaak bij technische kwesties: “Het hangt er vanaf.” In dit geval is het afhankelijk van hoe kritisch die initiële offsetwaarde is in vergelijking met de waarde van de afwijking, maar dit geldt mogelijk alleen voor één specifieke toepassing.

De beslissing over wat en hoeveel je opgeeft om te krijgen wat je wilt, is een delicaat samenspel van vele factoren en beoordelingen, en dat is nou precies waar het bij technische uitdagingen om draait. Vaak is het een moeilijke beslissing, omdat iedereen bij de beoordeling van een ontwerp een ander gezichtspunt kan en mag hebben.

Er zijn ontelbare combinaties van verschillende toepassingsprioriteiten, relatieve afwegingen en mogelijke beslissingen ten aanzien van "wat je opgeeft om te krijgen wat je wilt". Het goede nieuws is dat het brede keuzeaanbod het vinden van een goed geschikt onderdeel (in de meeste gevallen) vergemakkelijkt. Maar de veelheid aan keuzes kan overweldigend zijn, en dat leidt tot twee mogelijkheden: ontwerpers kunnen gewoon het eerste onderdeel kiezen dat dicht genoeg in de buurt komt, of zullen simpelweg kiezen voor een leverancier en onderdeel dat ze eerder gebruikten en waar ze goede ervaringen mee hebben.

Ironisch genoeg zullen veel ontwerpers, ondanks de vele opamps die beschikbaar zijn, en de constante stroom van nieuwe producten, uitkomen bij het product waarmee ze het meest vertrouwd zijn, of dit nu terecht is of niet.

Achtergrondinformatie over deze auteur

Image of Bill Schweber

Bill Schweber is een elektronisch ingenieur die drie boeken over elektronische communicatiesystemen heeft geschreven, alsmede honderden technische artikelen, opiniërende columns en productkenmerken. In voorgaande functies was hij werkzaam als technisch websitemanager voor meerdere onderwerpspecifieke sites van EE Times, alsmede de hoofd- en analoge redacteur van EDN.

Bij Analog Devices, Inc. (een leidende verkoper van geïntegreerde schakelingen met analoog en gemengd-signaal) hield Bill zich bezig met marketingcommunicatie (public relations). Hierdoor heeft hij beide kanten van een technische pr-functie ervaren, door het introduceren van bedrijfsproducten, verhalen en berichten aan de media en ook als ontvanger daarvan.

Voorafgaand aan zijn marketing- en communicatierol bij Analog was Bill meewerkend redacteur van hun gerespecteerde technische tijdschrift en ook werkzaam op hun afdelingen voor productmarketing en applicatie-engineering. Daarvoor was Bill actief bij Instron Corp. door het werken aan analoge en geïntegreerde schakelingen en de systeemintegratie van materiaaltestende machinebesturingen.

Hij houdt een MSEE (Univ. van Mass.) en BSEE (Columbia-universiteit), staat geregistreerd als professioneel ingenieur en heeft een geavanceerde licentie voor amateurradio. Bill heeft ook online cursussen over vele technische onderwerpen georganiseerd, geschreven en gepresenteerd, waaronder MOSFET-basics, ADC-selectie en led-schakelingen.

More posts by Bill Schweber