2022年2022年集成运放资料介绍 .pdf

目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络, 可实现不同用途的电路, 例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多, 可适用于不同的场合。3.2.1 集成运算放大器的分类按照集成运算放大器的参数来分, 集成运算放大器可分为如下几类。1通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广 ,其性能指标能适合于一般性使用。例mA741（单运放）、 LM358（双运放）、 LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356 都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。2高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高, 输入偏置电流非常小, 一般 rid（ 1091012）W,IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点, 用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级 , 不仅输入阻抗高, 输入偏置电流低, 而且具有高速、宽带和低噪声等优点, 但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356 、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。3低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中, 总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。 低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由 MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650 等。4高速型运算放大器在快速 A/D 和 D/A 转换器、视频放大器中, 要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高 , 单位增益带宽 BWG 一定要足够大, 像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715等, 其SR=5070V/ms,BWG20MHz 。5低功耗型运算放大器由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便, 所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C 、TL-060C 等 , 其工作电压为2V18V, 消耗电流为50250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级, 例如 ICL7600 的供电电源为1.5V, 功耗为 10mW,可采用单节电池供电。6高压大功率型运算放大器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中, 输出电压的最大值一般仅几十伏 , 输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流, 集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路, 即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达150V,mA791 集成运放的输出电流可达1A。3.2.2 正确选择集成运算放大器集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件。在由运算放大器组成的各种系统中,由于应用要求不一样, 对运算放大器的性能要求也不一样。在没有特殊要求的场合, 尽量选用通用型集成运放, 这样即可降低成本, 又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时, 尽可能选用多运放集成电路, 例如 LM324、LF347 等都是将四个运放封装在一起的集成电路。评价集成运放性能的优劣, 应看其综合性能。 一般用优值系数K来衡量集成运放的优良程度, 其定义为：式中 ,SR 为转换率 , 单位为 V/ms, 其值越大 , 表明运放的交流特性越好;Iib为运放的输入偏置电流,单位是 nA;VOS 为输入失调电压, 单位是 mV 。Iib和 VOS值越小 , 表明运放的直流特性越好。所以, 对于放大音频、视频等交流信号的电路, 选 SR（转换速率）大的运放比较合适; 对于处理微弱的直流信号的电路, 选用精度比较的高的运放比较合适（既失调电流、失调电压及温飘均比较小）。实际选择集成运放时, 除优值系数要考虑之外, 还应考虑其他因素。例如信号源的性质, 是电压源还是电流源 ; 负载的性质 , 集成运放输出电压和电流的是否满足要求; 环境条件 , 集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求。3.2.3 集成运算放大器的使用要点1集成运放的电源供给方式集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE, 但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式,对输入信号的要求是不同的。（1）对称双电源供电方式运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端（地）的正电源（+E）与负电源（ -E）分别接于运放的 +VCC和-VEE 管脚上。在这种方式下, 可把信号源直接接到运放的输入脚上, 而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。（2）单电源供电方式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 单电源供电是将运放的-VEE 管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点 , 在运放输入端一定要加入一直流电位, 如图 3.2.1所示。 此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图3.2.1交流放大器 , 静态时 , 运算放大器的输出电压近似为VCC/2, 为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。图 3.2.1 运算放大器单电源供电电路2集成运放的调零问题由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响, 当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时 , 输出往往不等于零。 为了提高电路的运算精度, 要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿 , 这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零, 而对于没有内部调零端子的集成运放, 要采用外部调零方法。下面以mA741为例 , 图 3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电路; 图（ b）是外部调零电路。3集成运放的自激振荡问题运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器, 在接成深度负反馈条件下, 很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作, 就需外加一定的频率补偿网络, 以消除自激振荡。 图 3.2.3是相位补偿的使用电路。图 3.2.2 运算放大器的常用调零电路图 3.2.3 运算放大器的自激消除另外 , 防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电解电容（10mF）和一高频滤波电容（0.01mF0.1mF ）。如图 3.2.3所示。4集成运放的保护问题集成运放的安全保护有三个方面：电源保护、输入保护和输出保护。（1）电源保护。电源的常见故障是电源极性接反和电压跳变。电源反接保护和电源电压突变保护电路见图 3.2.4（a）、(b) 所示。对于性能较差的电源, 在电源接通和断开瞬间, 往往出现电压过冲。图(b) 中采用 FET 电流源和稳压管钳位保护, 稳压管的稳压值大于集成运放的正常工作电压而小于集成运放的最大允许工作电压。FET管的电流应大于集成运放的正常工作电流。（2）输入保护。集成运放的输入差模电压过高或者输入共模电压过高（超出该集成运放的极限参数范围） , 集成运放也会损坏。图3.2.5 所示是典型的输入保护电路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图 3.2.4 集成运放电源保护电路图 3.2.5 集成运放输入保护电路（3）输出保护。当集成运放过载或输出端短路时, 若没有保护电路, 该运放就会损坏。但有些集成运放内部设置了限流保护或短路保护, 使用这些器件就不需再加输出保护。对于内部没有限流或短路保护的集成运放, 可以采用图3.2.6所示的输出保护电路。在图 3.2.6电路中 , 当输出保护时, 由电阻 R 起限流保护作用。图 3.2.6 集成运放输出保护电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 运放中输入偏置电流和输入失调电流的区别？上一篇/ 下一篇 2010-03-21 15:00:52 / 个人分类： 常识查看 ( 1962 ) / 评论 ( 0 ) / 评分 ( 0 / 0 )运放的输入偏置电流: 为了使运放输入级放大器工作在线性区, 所必须输入的一个直流电流, 在双极晶体管输入的运放, 偏置电流就是输入管的基极电流, 在 MOS 管输入的运放是指栅极漏电流 . 输入失调电流: 与输入失调电压一样, 都是描述运放差分输入的对称性的. 理想的差分输入应该是完全对称的, 但由于设计和工艺过程的偏差, 正负两个输入端的特性不会完全相同. 这两个失调参数的定义是, 当输出为0 时两个输入端的输入电压差(失调电压 ) 和输入电流 -即偏置电流的差(失调电流 ), 显然在理想状态下它们都应该为0. 输入失调电流= |IB1-IB2| 输入偏置电流=1/2 （ IB1+IB2 ） IB1 、IB2 为输入级差放管的输入偏置电流2：运放是集成在一个芯片上的晶体管放大器, 偏置电流bias current 就是第一级放大器输入晶体管的基极直流电流. 这个电流保证放大器工作在线性范围, 为放大器提供直流工作点. 因为运算放大器要求尽可能宽的共模输入电压范围, 而且都是直接耦合的, 不可能在芯片上集成提供偏置电流的电流源. 所以都设计成基极开路的, 由外电路提供电流. 因为第一级偏置电流的数值都很小 , uA 到 nA 数量级 , 所以一般运算电路的输入电阻和反馈电阻就可以提供这个电流了. 而运放的偏置电流值也限制了输入电阻和反馈电阻数值不可以过大, 使其在电阻上的压降与运算电压可比而影响了运算精度. 或者不能提供足够的偏置电流, 使放大器不能稳定的工作在线性范围 . 如果设计要求一定要用大数值的反馈电阻和输入电阻, 可以考虑用J-FET 输入的运放 . 因为J-FET 是电压控制器件, 其输入偏置电流参数是指输入PN 结的反向漏电流, 数值应在pA 数量级 . 同样是电压控制的还有MOSFET 器件 , 可以提供更小的输入漏电流. 另外一个有关的运放参数是输入失调电流offset current, 是指两个差分输入端偏置电流的误差, 在设计电路中也应考虑. 电路设计时应注意：运放的输入偏置电流是不可避免的，输入端必须有提供输入偏置电流的通路。在设计高精度直流放大放大器或选用具有较大输入偏置电流的运放时，必须使运放两端直流通道电阻相等，这样子才能平衡输入偏置电流。3：输入失调电流（inputoffsetcurrent）和输出失调电压如果运放两个输入端上的电压均为0V，则输出端电压也应该等于0V 。但事实上，输出端总有一些电压，该电压称为失调电压VOS 。如果将输出端的失调电压除以电路的噪声增益，得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。这个特性在数据表中通常以VOS 给出。 VOS 被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。必须对放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0V 输出。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - VOS 随着温度的变化而改变，这种现象称为漂移，漂移的大小随时间而变化。漂移的温度系数 TCVOS通常会在数据表中给出，但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内安全工作的第二大或者最大的VOS 。这种规范的可信度稍差，因为TCVOS 可能是不恒定的，或者是非单调变化的。VOS 漂移或者老化通常以mV/ 月或者 mV/1,000小时来定义。但这个非线性函数与器件已使用时间的平方根成正比。例如，老化速度1mV/1,000小时可转化为大约3mV/ 年，而不是 9mV/年。老化速度并不总是在数据表中给出，即便是高精度运放。理想运放的输入阻抗无穷大，因此不会有电流流入输入端。但是，在输入级中使用双极结晶体管 (BJT) 的真实运放需要一些工作电流，该电流称为偏置电流(IB) 。 通常有两个偏置电流：IB+和 IB-，它们分别流入两个输入端。IB 值的范围很大，特殊类型运放的偏置电流低至60fA( 大约每 3 s 通过一个电子)，而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA 。单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS ，通常情况下IOS 很小。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -