接近理想的運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器的用途廣泛，因?yàn)槠涫褂靡?guī)則既簡(jiǎn)單又不多。例如，同相增益VOUT = VIN x(1+Rf/Ri)，大約是在模擬領(lǐng)域中能找到的最簡(jiǎn)單指導(dǎo)性準(zhǔn)則了。不過，這個(gè)等式之所以簡(jiǎn)單，是因?yàn)槲覀冏龀隽艘恍┘僭O(shè)，其中包括：

* 輸入阻抗無窮大，輸入電流為零；
* 失調(diào)電壓為零；
* 噪聲電壓為零，噪聲電流為零。

在有些應(yīng)用中，這些不可實(shí)現(xiàn)的假設(shè)條件引起的誤差是微不足道的。然而，業(yè)界需要越來越高的精確度，很多應(yīng)用要求放大器越來越逼近這些理想狀況。例如，高阻抗傳感器和光電二極管放大器對(duì)噪聲和輸入偏置電流非常敏感。低功率電流檢測(cè)電路則會(huì)受益于超低失調(diào)電壓和軌至軌電壓的工作。

盡管理想運(yùn)算放大器按照定義是不可實(shí)現(xiàn)的，但是這種放大器卻為模擬設(shè)計(jì)師們提供了一套完整的目標(biāo)規(guī)范。由于每種應(yīng)用都需要不同的規(guī)范組合，因此運(yùn)算放大器的種類不斷增多，以滿足這些需求。這些運(yùn)算放大器產(chǎn)品憑借新穎的技術(shù)越來越接近理想狀況，在以更低電壓和更低電流消耗工作時(shí)實(shí)現(xiàn)了卓越的性能。凌特公司最近推出的 3 種放大器就反映了上述趨勢(shì)。

低電流和低電壓工作

對(duì)電池供電的應(yīng)用而言，尺寸和功耗是人們關(guān)注的主要問題。對(duì)便攜式儀表內(nèi)精確應(yīng)用來說，低輸入失調(diào)電壓和低偏壓漂移也很重要。在這些應(yīng)用情況下，凌力爾特公司 LT6003(單路)、LT6004(雙路)和 LT6005(4 路)微功率運(yùn)算放大器提供了更好的選擇。這個(gè)系列的放大器用 1.6V 至 16V 的電源工作，在 25℃時(shí)最大電源電流僅為 1mA，而在 -40℃至 +85℃的整個(gè)工業(yè)溫度范圍內(nèi)最大值僅為 1.6uA。寬電源電壓范圍使 LT6003 系列甚至在兩節(jié) AA 電池的未穩(wěn)壓電源下都可以很好地工作。采用 2mm x 2mm DFN 封裝的 LT6003 單路運(yùn)算放大器尺寸是最小的，具有 290mV 的典型失調(diào)電壓和 2uV/℃的極佳漂移性能。

圖 1  LT6003 系列在壓力最大的條件下加電排序時(shí)表現(xiàn)良好

很多軌至軌運(yùn)算放大器都面臨一個(gè)難題：輸出接近兩個(gè)軌電壓時(shí)，電源電流可能上升高達(dá) 3 倍，而這種情況會(huì)在啟動(dòng)時(shí)發(fā)生。如果設(shè)計(jì)師不考慮這種常常未明確規(guī)定的情況，那么很多微功率放大器需要的電流就可能超過電源所能提供的電流，從而妨礙成功的加電排序。LT6003 系列采用了特殊的設(shè)計(jì)技術(shù)，以便在實(shí)現(xiàn)真正微功率工作的整個(gè)工作范圍內(nèi)良好的運(yùn)作。圖 1 顯示了 LT6003 在對(duì)微功率運(yùn)算放大器而言最壞加電條件下的表現(xiàn)。

CMOS 運(yùn)算放大器的低偏置電流

就精確放大器而言，人們長(zhǎng)久以來一直首選雙極型工藝而不是 CMOS，因?yàn)殡p極型工藝的固有噪聲較低。不過，CMOS 工藝有吸引力的地方是固有的較低輸入偏置電流(IB)。這是因?yàn)殡p極型晶體管是電流控制器件，而 MOS 晶體管是電壓控制器件。在具有高阻抗信號(hào)源的應(yīng)用中，IB 可能是信號(hào)鏈中最大的單個(gè)誤差源，因此偏置電流是非常重要的。

低噪聲和低輸入偏置電流

為了克服與 CMOS 工藝有關(guān)的較高的低頻噪聲，可以增大晶體管面積。但是增大面積也就增大了柵極電容，從而導(dǎo)致 CMOS 運(yùn)算放大器輸入電容增加。在較高頻率時(shí)，非零輸入電容引起輸入阻抗下降。運(yùn)算放大器的噪聲增益由 Vout=Vnoise