集成运算扩展器(Integrated Operational Amplifier)简称集成运放,是由多级直接耦合扩展电路组成的高增益模仿集成电路。
自从1964年美国仙童公司研制出第一个单片集成运算扩展器μA702以来,集成运算扩展器得到了广泛的运用,它已成为线性集成电路中种类和数量最多的一类。
国标共同命名法规则,集成运算扩展器各个种类的类型有字母和阿拉伯数字两大部分组成。字母在首部,共同选用CF两个字母,C表明国标,F表明线性扩展器,这以后的数字表明集成运算扩展器的类型。
它的增益高(可达60~180dB),输入电阻大(几十千欧至百万兆欧),输出电阻低(几十欧),共模抑制比高(60~170dB),失调与飘移小,并且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特色,适用于正,负两种极性信号的输入和输出。
模仿集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的P型硅片制成,这种硅片是集成电路的基片。基片上能够做出包括稀有十个或更多的BJT或FET、电阻和衔接导线的电路。
运算扩展器除具有+、-输入端和输出端外,还有+、-电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的闭环扩展倍数取决于外接反应电阻,这给运用带来很大便利 。
集成运算扩展器是一种具有高电压扩展倍数的直接耦合扩展器,首要由输入、中心、输出三部分组成。输入部分是差动扩展电路,有同相和反相两个输入端;前者的电压改动和输出端的电压改动方向共同,后者则相反。中心部分供应高电压扩展倍数,经输出部分传到负载。它的引出端子和功用如图所示。其间调零端外接电位器,用来调理使输入端对地电压为零(或某一预订值)时,输出端对地电压也为零(或另一个预订值)。补偿端外接电容器或阻容电路,以避免作业时发生自激振荡(有些集成运算扩展器不需求调零或补偿)。供电电源一般接成对地为正或对地为负的办法,而以地作为输入、输出和电源的公共端。
表征集成运算扩展器功能的参数有30多个,常用的有以下10种。
1、开环差模电压扩展倍数:简称开环增益,表明运算扩展器自身的扩展才能。一般为50 000~200 000倍。
2、输入失调电压:表明静态时输出端电压违背预订值的程度。一般为2~10mV(折合到输入端)。
3、单位增益带宽:表明差模电压扩展倍数下降到1时的频率。一般在1MHz左右。
4、转化速率(又称压摆率):表明运算扩展器对骤变信号的适应才能。一般在0.5V/μs左右。
5、输出电压和电流:表明运放的输出才能。一般输出电压峰值至峰值要比电源电压低1~3V,短路电流在25mA左右。
6、静态功耗:表明无信号条件下运放的耗电程度。当电源电压为±15V时,静态功耗双极型晶体管一般为50~100mW,场效应管一般为1mW。
7、输入失调电压温度系数:表明温度改动对失调电压的影响。一般为3~5μV/℃(折合到输入端)。
8、输入偏置电流:表明输入端向外界讨取电流的程度。双极型晶体管一般为80~500nA,场效应管一般为1nA。
9、输入失调电流:表明流经两个输入端电流的不同。双极型晶体管一般为20~200nA,场效应管一般小于1nA。
10、共模抑制比:表明运放对差模信号的扩展倍数和对共模信号扩展倍数之比。一般为70~90dB 。
依照集成运算扩展器的参数分类
1、通用型运算扩展器
通用型运算扩展器便是以通用为意图而规划的。这类器材的首要特色是价格低廉、产品量大面广,其功能目标能适宜于一般性运用。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 都归于此种。它们是运用最为广泛的集成运算扩展器。
2、高阻型运算扩展器
这类集成运算扩展器的特色是差模输入阻抗十分高,输入偏置电流十分小,一般rid》(109~1012)W,IIB 为几皮安到几十皮安。完成这些目标的首要办法是运用场效应管高输入阻抗的特色,用场效应管组成运算扩展器的差分输入级。用FET 作输入级,不只输入阻抗高,输入偏置电流低,并且具有高速、宽带和低噪声等长处,但输入失调电压较大。常见的集成器材有LF356、LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
3、低温漂型运算扩展器
在精密仪器、弱信号检测等自动控制外表中,总是期望运算扩展器的失调电压要小且不随温度的改动而改动。低温漂型运算扩展器便是为此而规划的。常用的高精度、低温漂运算扩展器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器材ICL7650 等。
4、高速型运算扩展器
在快速A/D 和D/A 转化器、视频扩展器中,要求集成运算扩展器的转化速率SR 必定要高,单位增益带宽BWG必定要足够大,像通用型集成运放是不能适宜于高速运用的场合的。高速型运算扩展器首要特色是具有高的转化速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715 等,其SR=50~70V/ms,BWG》20MHz。
5、低功耗型运算扩展器
因为电子电路集成化的最大长处是能使杂乱电路小型简便,所以跟着便携式仪器运用规划的扩展,有必要运用低电源电压供电、低功率耗费的运算扩展器相适用。常用的运算扩展器有TL-022C、TL-060C 等,其作业电压为±2V~±18V,耗费电流为50~250mA。有的功耗已达微瓦级,例如ICL7600 的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可选用单节电池供电。
6、高压大功率型运算扩展器
运算扩展器的输出电压首要受供电电源的约束。在一般的运算扩展器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要进步输出电压或增大输出电流,集成运放外部有必要要加辅佐电路。高压大电流集成运算扩展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,uA791集成运放的输出电流可达1A。
按外型的封装款式分类
扁平式(即SSOP)
封装的芯片引脚之间间隔很小,管脚很细,一般大规划或超大型集成电路都选用这种封装办法,其引脚数一般在100个以上。用这种办法封装的芯片有必要选用SMD(外表装置设备技能)将芯片与主板焊接起来。选用S MD装置的芯片不必在主板上打孔,一般在主板外表上有规划好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点,即可完成与主板的焊接。用这种办法焊上去的芯片,假如不必专用工具是很难拆开下来的。
PFP(PlasTIc Flat Package)办法封装的芯片与QFP办法根本相同。仅有的区别是QFP一般为正方形,而PFP既能够是正方形,也能够是长方形。
扁平式
单列直插式(即SIP)
最适宜焊接,DIY友的独爱,因为这种封装的管脚很长,很适宜DIY焊接,且比较巩固,不易损坏。
单列直插式
双列直插式(即DIP)
运用最广泛、最多的封装办法。
绝大多数中小规划集成电路(IC)均选用这种封装办法,其引脚数一般不超越100个。选用DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需求刺进到具有DIP结构的芯片插座上。当然,也能够直接插在有相同焊孔数和几许摆放的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别当心,避免损坏引脚。
运用DIP外型的以下优点:
1、适宜在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接,操作便利。
2、芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较大。
Intel系列CPU中8088就选用这种封装办法,缓存(Cache)和前期的内存芯片也是这种封装办法 。
双列直插式
1、集成运放的电源供应办法
集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE,但有不同的电源供应办法。关于不同的电源供应办法,对输入信号的要求是不同的。
(1)对称双电源供电办法
运算扩展器多选用这种办法供电。相关于公共端(地)的正电源(+E)与负电源(-E)别离接于运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种办法下,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)单电源供电办法
单电源供电是将运放的-VEE管脚衔接到地上。此刻为了确保运放内部单元电路具有适宜的静态作业点,在运放输入端必定要参加一向流电位。此刻运放的输出是在某一向流电位基础上随输入信号改动。关于沟通扩展器,静态时,运算扩展器的输出电压近似为VCC/2,为了阻隔掉输出中的直流成分接入电容C3。
2、集成运放的调零问题
因为集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响,当运算扩展器组成的线性电路输入信号为零时,输出往往不等于零。为了进步电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流形成的差错进行补偿,这便是运算扩展器的调零。常用的调零办法有内部调零和外部调零,而关于没有内部调零端子的集成运放,要选用外部调零办法。
应从实际需求动身,不要盲目寻求目标的先进性。
1、如无特殊要求,尽量选通用型和多运放;
2、要注意手册中给出的参数是在某一个特定条件下得出的,如条件改动,有些参数也要跟着改动;
3、在试验阶段和作业环境杂乱的场合,尽量选带有过压、过流、过热维护的类型