專(zhuān)用型集成電路運(yùn)算放大器
目前,實(shí)用的集成電路運(yùn)算放大器除了通用型外,還有性能更優(yōu)良和具有特殊功能的集成運(yùn)放,它們可分為高輸入阻抗、低漂移、高精度、高速、寬帶、低功耗、高壓、大功率和程控型等專(zhuān)用型集成運(yùn)放,現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下:
1.高輸入阻抗型
該類(lèi)型集成運(yùn)放的差模輸入電阻rid>(109~1012)W,輸入偏置電流IIB為幾皮安~幾十皮安,故又稱(chēng)為低輸入偏置電流型。
實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施,一般是利用FET輸入阻抗高、BJT電壓增益高的優(yōu)點(diǎn),由BJT與FET相結(jié)合而構(gòu)成差分輸入級(jí)電路,常稱(chēng)為BiFET型。下面以L(fǎng)F356集成運(yùn)放為例進(jìn)行分析。為了便于分析,將LF356電路中的恒定電流都用恒流源代替,得到簡(jiǎn)化的原理電路如圖1所示。
,而實(shí)際上電流源的內(nèi)阻為有限值。 LF356是由P溝道JFET T1和T2構(gòu)成雙端輸入、雙端輸出帶恒流源負(fù)載(I1、I2)的差分輸入級(jí),本級(jí)提供了約30pA的低輸入偏置電流和約1012W的高輸入電阻,T1、T2的工作電流I1,2是由多集電極的BJT管提供(圖中略);中間電壓放大級(jí)由BJT T5、T6組成的雙端輸入、單端輸出帶恒流源(I6)負(fù)載的差分式放大電路,和由T7組成的電壓跟隨器構(gòu)成;由NPN型BJT T9和PNP型復(fù)合管(由P溝道JFET T8與NPN型BJT T10構(gòu)成)組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)。為了使電路處于甲乙類(lèi)工作狀態(tài),利用二極管D1接于T9的基極和T8的柵極g8之間,給T9、T8提供一起始偏壓。 T11、R和D2構(gòu)成輸出電流過(guò)載保護(hù)環(huán)節(jié)。R為過(guò)載電流取樣電阻。當(dāng)輸出端“拉電流”(流向輸出端,如iO實(shí)線(xiàn)所示)大于20mA時(shí),T11導(dǎo)通而分流iC11,使T7的基極電流iB7減小,iE9減小,抑制了輸出電流的增大。同樣,當(dāng)“灌電流”(流入輸出端,如iO虛線(xiàn)所示)大于20mA時(shí),D2導(dǎo)通,T8的柵極電位vg8上升,T10的基極電位vB10降低,iC10減小,抑制了輸出電流的增大。 P溝道JEFT T3、T4和外接電位器Rp構(gòu)成兩個(gè)電流源,Rp可調(diào)節(jié)T3、T4兩管漏極電流的相對(duì)比例,從而改變送入中間電壓放大級(jí)的輸入電流,實(shí)現(xiàn)失調(diào)電流的補(bǔ)償。電容C為電路內(nèi)部的密勒補(bǔ)償電容,以增大運(yùn)放的單位增益帶寬BWG(fT)。 LF356各級(jí)的偏置電流都較大,使放大電路對(duì)電容的充電電流較大,因此SR和fT都較大,電路的總電流和功耗較大。其主要參數(shù)見(jiàn)上節(jié)運(yùn)算放大器參數(shù)表。與LF356性能類(lèi)似的有LF355、LF347(四運(yùn)放)。更高輸入電阻的還有全MOS-FET的CA3130。更小偏置電流的有AD515、LF0052等。 由FET作輸入級(jí),不僅輸入電阻高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn),但失調(diào)電壓較大。 目前高輸入阻抗型運(yùn)放廣泛用于生物醫(yī)學(xué)電信號(hào)測(cè)量的精密放大電路、有源濾波器、取樣-保持放大器、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)放大器和模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。 2.高精度、低漂移型 這種類(lèi)型的運(yùn)放,一般用于毫伏量級(jí)或更低的微弱信號(hào)的精密檢測(cè)、精密模擬計(jì)算、高精度穩(wěn)壓電源及自動(dòng)控制儀表中。要求DVIO/DT2mV/℃、DIIO/DT200pA/℃、AVO≥120dB、KCMR≥110dB,vn(噪聲電壓)5nV/ 3.高速型 對(duì)這種類(lèi)型的運(yùn)放,要求轉(zhuǎn)換速率SR>30V/ms,最高可達(dá)幾百伏/微秒,單位增益帶寬BWG>10MHz。一般用于快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速取樣-保持電路、鎖相環(huán)、精密比較器和視頻放大器中。實(shí)現(xiàn)高速的主要措施是,在信號(hào)通道中盡量采用NPN型管,以提高轉(zhuǎn)換速率;同時(shí)加大工作電流,以使電路中各種電容的電壓變化加快;或在 電路結(jié)構(gòu)上采用FET和BJT相兼容的BiFET,或用全MOSFET結(jié)構(gòu),使電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍加大,因而電路轉(zhuǎn)換速率也增加。目前產(chǎn)品有mA715、LH0032和AD9618等,其中mA715的SR100 V/ms,BWG=65MHz,而AD9618的SR高達(dá)1800V/ms,BWG=8 GHz。 4.低功耗型 對(duì)于這種類(lèi)型的運(yùn)放,要求在電源電壓±15V時(shí),最大功耗不大于6mW;或要求工作在低電源電壓(如1.5~4V)時(shí),具有低的靜態(tài)功耗和保持良好的電氣性能(如AVO=80~100dB)。為此,在電路結(jié)構(gòu)上,一般采用外接偏置電阻和用有源負(fù)載代替高阻值的電阻,以保證降低靜態(tài)偏置電流和總功耗,使電路處于最佳工作狀態(tài),以獲得良好的電氣性能。目前產(chǎn)品有mPC253、ICL7641及CA3078等,其中mPC253的PC0.6mW,VCC=(±3~±18)V,AVO=110dB。目前產(chǎn)品功耗已達(dá)微瓦級(jí),如ICL7600的VCC(VEE)為1.5V,PC=10mW。 低功耗型運(yùn)放一般用于對(duì)能源有嚴(yán)格限制遙測(cè)、遙感、生物醫(yī)學(xué)和空間技術(shù)研究的設(shè)備中。 5.高壓型 為得到高的輸出電壓或大的輸出功率,在電路設(shè)計(jì)和制作上需要解決BJT的耐壓、動(dòng)態(tài)工作范圍等問(wèn)題。為此在電路結(jié)構(gòu)上利用BJT的cb結(jié)和橫向BJT(PNP型)的耐高壓性能,或用單管的串接方式來(lái)提高耐壓,或用FET作為輸入級(jí),耐壓指標(biāo)可提高到300V左右。此外,為使運(yùn)放工作在高電壓和大電流(或大功率)的情況下,電路中加入一些特殊保護(hù)電路。目前產(chǎn)品有D41、LM143及HA2645等,其中HA2645的參數(shù)是:VCC=VEE=(48~80)V,Vomax=74V,AVO=(160~200)dB,VIO≤6mV,Vid=37V,而D41型的電源電壓可達(dá)到±150V,Vicmax=±125V。 除了以上幾種專(zhuān)用型集成運(yùn)放外,還有互導(dǎo)型LM308,程控型LM4250、mA776,電流型LM1900及儀用放大器LH0036、AD522等。上節(jié)表1列舉了典型集成運(yùn)放的主要參數(shù)。 本 章 小 結(jié) 電流源電路是模擬集成電路的基本單元電路,其特點(diǎn)是直流電阻小,交流電阻很大,并具有溫度補(bǔ)償作用。它常用來(lái)作為放大電路的有源負(fù)載和決定放大電路各級(jí)Q點(diǎn)的偏置電路。 差分式放大電路是集成電路運(yùn)算放大器的重要組成單元,它既能放大直流信號(hào),又能放大交流信號(hào);它對(duì)差模信號(hào)具有很強(qiáng)的放大能力,而對(duì)共模信號(hào)卻具有很強(qiáng)的抑制能力。由于電路輸入、輸出方式的不同組合,共有四種典型電路。分析這些電路時(shí),要著重分析兩邊電路輸入信號(hào)分量的不同,至于具體指標(biāo)的計(jì)算與共射(或共源)的單級(jí)電路基本一致。 集成運(yùn)放是模擬集成電路的典型組件。對(duì)于它內(nèi)部電路的分析和工作原理只要求作定性的了解,目的在于掌握它的主要技術(shù)指標(biāo),作到根據(jù)電路系統(tǒng)的要求,正確地選擇元器件。 pic相關(guān)文章:pic是什么 鎖相環(huán)相關(guān)文章:鎖相環(huán)原理 鎖相放大器相關(guān)文章:鎖相放大器原理相關(guān)推薦技術(shù)專(zhuān)區(qū)
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