集成运放应用与选型.ppt

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1、集成运放应用,了解、认识、掌握OP“家族”成员，恰当选用它们，无疑对电子产品开发、电子设备的技术改造，电子电路的工程设计，电子产品的维护保养都是大有助益的。弄清OP的电气特性，并能正确测试诸多参数是准确选择OP、正确使用OP的前提。下面扼要介绍OP的重要电气参数的概念和测试电路。,按构成分类,1、BJT ua741、lm324、lm3582、CMOS（驱动力差）ch14574、icl76133、Bi-MOS ca3130、ca31404、Bi-JFET lf356、lf357,BJT运放,LF356系列简化图,biMOS（CA3140）特点,Features MOSFET Input Stag

2、e-Very High Input Impedance(ZIN)-1.5T(Typ)-Very Low Input Current(Il)-10pA(Typ)at 15V-Wide Common Mode Input Voltage Range(VlCR)-Can beSwung 0.5V Below Negative Supply Voltage Rail-Output Swing Complements Input Common ModeRange Directly Replaces Industry Type 741 in Most Applications Pb-Free Availa

3、ble(RoHS Compliant)Applications Ground-Referenced Single Supply Amplifiers inAutomobile and Portable Instrumentation Sample and Hold Amplifiers Long Duration Timers/Multivibrators(seconds-Minutes-Hours)Photocurrent Instrumentation Peak Detectors Active Filters Comparators Interface in 5V TTL Systems

4、 and Other LowSupply Voltage Systems All Standard Operational Amplifier Applications Function Generators Tone Controls Power Supplies Portable Instruments Intrusion Alarm Systems,CA3140原理图,当代运放的六支劲旅,时下发展最快的OP，是最具有特色的六大类OP。通用OP；高精度OP；低噪声OP；微偏流OP；高速OP；低功耗OP。,（一）通用OP系列,顾名思义，通用OP是指没有特殊要求（如低噪、微偏流等），在普通电路

5、中广泛使用的性价比较好的运算放大器。通用OP初期典型产品是A709、A741（已兴旺30年了）和LM30lA等。其中A741是内部有相位补偿电路的先驱产品。至今电子工作者都非常喜用它，可称是初期OP设计最为成功的优秀产品。但是741的输入级为双极晶体管，所以偏流大，这是它的缺点。为了克服这些缺点，LF356和TL071等采用了FET作输入级。但FET作输入级的偏压大，这又成了改进品的缺点。进一步的改进是LF1411和AP7ll等内有均衡的偏压小的OP。其它新产品，内部也已广泛使用这种均衡技术。开始741在音响中使用，它的AC特性和噪声特性较好，后来性能更好的RC4558和NE5532登场了，进

6、一步改良后的产品是LM833，它基本上能适应一般音响对AC和噪声特性以及转换速率方面的要求。,（二）高精度OP系列,精密电子仪器仪表常常需要输入电压非常小，漂移很小的高精度OP。高精度OP最重要的参数是失调电压和漂移等DC参数，这个值越小精度越高，其价值也越大。而频率特性就相对不那么重要了，通频带限制在DC10Hz的范围。过去的高精度OP的典型产品是OP07等。产品内偏置电路采用齐纳二极管补偿平衡的偏置调整技术，这在当时是具有卓越的DC特性的产品。使用中，假设mV放大器设计要求增益大，那么当开环增益太小时就容易产生非线性失真。,（三）低频噪OP系列,在高精度OP中，也谈到“低频噪声特性”的重要

7、性。那里是指在DC附近（0.110Hz）频带内噪声低的重要性。这里所讲的低噪OP，是宽带范围内噪声都很小的一类OP。过去市面上广泛运用的低噪OP的代表产品为表le的OP2737，其输入噪声电压密度为3.2nVHz，这在当时曾引起轰动。而新产品达到1nVHz已不足为奇了。最新低噪OP从音响专用品到100MHz高频的品质都有显著的提高。,（四）微偏流OP系列,随着电子电路进一步微型化，以及与特种传感器配接，要求输入偏流进一步减小，尽管过去通用OP输入偏流已小开nA或pA的程度，但还是满足不了要求。微电流OP的最新产品是偏流为fA级的新品。微小电流OP的传统产品如表1g中PC252A和ICH8500

8、A，这两款都是MOSFET管做输入级。输入偏流小，不容申辩失调电压和漂移电压也应相应的小才能满足要求，这已是众所周知的事实；偏流会随温度升高而增大，温度每上升10，电流大概将翻倍。,（五）高速OP系列,通用OP和高精度OP是用在信号频率比较低的场合，属电压负反馈型。高速OP运用在高频宽带电子设备中。高速OP改用电流负反馈模式，与电压负反馈相比具有不少优越性，尤其在高频宽带和高转换速度方面更胜一筹。过去的高速OP如表1i中HA2525，它与其它通用OP不同，在OP外部安排了相位补偿电路，设置合适的增益，正确设计相位补偿网络，使频响宽带化。对初学者来说，设计合格的相位补偿当然不是一件容易的事。LM

9、318在内部使用了前馈技术，将低速的PNP管成功地实现了高速化，但前馈技术的缺点是脉冲响应要产生过份的上冲。最新高速OP不只是在电路技术上下功夫，而是开发高速化的制造工艺技术。一些厂家采用了多种新工艺，如CB（互补对）、DI（电介质隔离）、VIP（垂直集成PNP）等来实现高速。由于这些工艺上的进步，将截止频率fT只有100MHz的PNP管，改造成能达数百兆的晶体管了。电流反馈型高速OP是典型的新精品OP，典型代表产品如表1J。低耗电（5mA）频带宽880MHz的AD8001A就是采用XFCB（特高速互补对双极晶体管）工艺制造而成。转换速度高达1200V/s，0.1的建立时间为10ns的理想品。

10、,（六）低功耗OP系列,低功耗电子电路是发展的大趋势，对OP的要求也不例外。研究开发提供微小电流也能工作的OP已有很长历史。以往开发的微功耗OP的典型代表产品如表1k中的LM4250和PC253。这种产品与前述产品不同，电源电流在1A以下也能工作。当然价格比通用品昂。,运算放大器的选择原则与思路,原则：为某项应用选择最佳的运算放大器需要对种种相互关联的要求进行研究。思路：外形尺寸、成本和性能（重点讨论）。,增益带宽乘积(GBW),电压反馈型增益运算放大器的增益带宽决定在某项应用中的有用带宽。该可用带宽近似于增益带宽与该应用的闭环增益的商。对于电压反馈型放大器，GBW是常数。许多应用都因选择宽得

11、多的带宽/转换速率运算放大器而获益，以实现低失真、极佳的线性、良好的增益准确度、增益平坦度及其他受反馈系数影响的特性。,功耗(LQ要求),静态电流是许多应用中的重要问题。由于运算放大器有可能对整个系统的功率分配产生巨大的影响，因此静态电流是至关重要的设计依据，尤其是在电池供电型应用中。,轨-轨性能,轨至轨输出可提供最大的输出电压摆幅，以实现最宽的动态范围。在便携式、小型化的应用场合，对运放的低电压、低功耗及最大效率提出了更高的要求:轨-轨运算放大器，即满电源电压运放具有较高所的电源利用率。此类运放的电源电压与输出电压之间的电压差较低，如轨-轨输出所的LMV931在5V供电时其输出的典型值可达4

12、.967V(负载为2K的情况)，而且此电路能在1.8V、2.5V或5V电源供电下工作。,电压噪声(VN),由放大器产生的噪声可能会对系统的极限动态范围、准确度或分辨率有所限制。即使在慢速DC测量中，低噪声运算放大器也能够提高准确度。,失调电压/失调电流,在直流/直流耦合精密放大中必须注意失调电压/失调电流的影响。根据需要选择低失调的运放。,输入偏置电流(IB),由于受到源阻抗或反馈阻抗的影响而可能产生失调误差。采用高源阻抗或高阻抗反馈元件(比如跨阻抗放大器或积分器)的应用往往要求低输入偏置电流。FET输入和CMOS运算放大器一般可提供非常低的输入偏置电流。,压摆率,放大器输出的最大变化率。当把大信号驱动至高频时它是很重要的。运算放大器的可用大信号带宽由压摆率来决定(f=SR2A),运放的负载能力,增益带宽,共模抑制比,压摆率,增益带宽积,大信号,大信号频率响应,