宋立范

摘 要： 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是由多級(jí)直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、集成化了的直接耦合多級(jí)放大器。它在自動(dòng)控制、測(cè)量設(shè)備、計(jì)算技術(shù)和電信等幾乎一切電子技術(shù)領(lǐng)域中獲得了日益廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 集成運(yùn)算放大器 封裝樣式 使用注意事項(xiàng)

一、集成運(yùn)算放大器的分類

集成運(yùn)算放大器可以按照人們的不同需求進(jìn)行多種劃分，具體有以下幾種類別。

1.按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)分類

（1）通用型運(yùn)算放大器

通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大、面廣，其性能指標(biāo)適合一般性的使用。如mA741（單運(yùn)放）、LM358（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）及以場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器。

（2）高阻型運(yùn)算放大器

這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般rid>（109～1012）W，IIB為幾皮安到幾十皮安。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用FET作輸入級(jí)，不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，但輸入失調(diào)電壓較大。常見(jiàn)的集成器件有LF356、LF355、LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。

（3）低溫漂型運(yùn)算放大器

在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，總希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓較小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。目前常用的高精度、低溫漂運(yùn)算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等。

（4）高速型運(yùn)算放大器

在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中，要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高，單位增益帶寬BWG一定要足夠大，像通用型集成運(yùn)放是不適合高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器的主要特點(diǎn)是具有高轉(zhuǎn)換速率和寬頻率響應(yīng)。常見(jiàn)的運(yùn)放有LM318、mA715等，其SR=50～70V/ms，BWG>20MHz。

（5）低功耗型運(yùn)算放大器

由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，因此隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。常用的運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作電壓為±2V～±18V，消耗電流為50～250mA。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)微瓦級(jí)，例如ICL7600的供電電源為1.5V，功耗為10mW，可采用單節(jié)電池供電。

（6）高壓大功率型運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運(yùn)算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾十伏，輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。例如D41集成運(yùn)放的電源電壓可達(dá)±150V，uA791集成運(yùn)放的輸出電流可達(dá)1A。

2.按外形的封裝樣式分類

（1）扁平式（即SSOP）

這種類型的封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笮图呻娐范疾捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個(gè)以上，如圖1。用這種形式封裝的芯片必須用SMD（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來(lái)。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)管腳的焊點(diǎn)。將芯片各腳對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的焊點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來(lái)的。

圖1 扁平式

PFP（Plastic Flat Package）方式封裝的芯片與QFP方式基本相同。唯一的區(qū)別是QFP一般為正方形，而PFP既可以是正方形，又可以是長(zhǎng)方形。

（2）單列直插式（即SIP）

圖2 單列直插式

這種類型的最適合焊接，是DIY友的最愛(ài)，因?yàn)檫@種封裝的管腳很長(zhǎng)，很適合DIY焊接，且比較堅(jiān)固，不易損壞，如圖2。

（3）雙列直插式（即DIP）

這是應(yīng)用最廣泛、最多的封裝形式，如圖3所示。

絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路（IC）均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過(guò)100個(gè)。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。但DIP封裝的芯片在芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心，以免損壞引腳。

使用DIP外形的有以下好處：①適合在PCB（印刷電路板）上穿孔焊接，操作方便。②芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。

Intel系列CPU中的8088就采用這種封裝形式，緩存（Cache）和早期的內(nèi)存芯片也是這種封裝形式。

圖3 雙列直插式

二、集成運(yùn)算放大器的組成

集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部通常包含四個(gè)基本組成部分，即輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路，如圖所示：

圖4 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部構(gòu)造

由于集成運(yùn)算放大器是一種多級(jí)直耦放大電路，因此要求輸入級(jí)具有抑制零點(diǎn)漂移。另外，還要求輸入級(jí)具有較高的輸入電阻，因此在輸入級(jí)上常采用雙端輸入的差動(dòng)放大電路。中間級(jí)的作用則是放大信號(hào)，要求有盡可能高的電壓放大倍數(shù)。中間級(jí)常采用直接耦合共發(fā)射極放大電路。輸出級(jí)與負(fù)載相連，要求帶負(fù)載能力要強(qiáng)，因此常采用直接耦合的功率放大電路，此外，輸出級(jí)一般還有過(guò)電流保護(hù)電路，防止電流過(guò)大，燒壞輸出電路。偏置電路的功能主要是為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。偏置電路一般采用電流源電路。

集成運(yùn)算放大器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，在兩個(gè)輸入端中，一個(gè)為同相輸入端，標(biāo)注“+”，表示輸出電壓與此輸入端的電壓相位相同；另一個(gè)為反相輸入端，標(biāo)注“-”，表示輸出電壓與此輸入端的電壓相位相反。集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)如圖5所示。

圖5 集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)

三、集成運(yùn)算放大器的選擇及使用中的一些問(wèn)題。

通常情況下，在設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器應(yīng)用電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)需求尋找具有相應(yīng)性能指標(biāo)的芯片。因此，了解集成運(yùn)算放大器的類型，理解其主要性能指標(biāo)的物理意義，是正確選擇集成運(yùn)算放大器的前提。應(yīng)根據(jù)以下幾方面的要求選擇集成運(yùn)算放大器。

1.信號(hào)源的性質(zhì)：根據(jù)信號(hào)源是電壓源還是電流源、內(nèi)阻大小、輸入信號(hào)的幅值及頻率變化范圍等，選擇集成運(yùn)算放大器的差模輸入電阻、帶寬等指標(biāo)參數(shù)。

2.負(fù)載的性質(zhì)：根據(jù)負(fù)載電阻的大小，確定所需集成運(yùn)算放大器的輸出電壓和輸出電流的幅值。對(duì)于容性負(fù)載和感性負(fù)載，還要考慮它們對(duì)頻率參數(shù)的影響。

3.精度要求：對(duì)集成運(yùn)算放大器的精度選擇要恰當(dāng)，過(guò)低不能滿足要求，過(guò)高將增加成本。

4.環(huán)境條件：選擇集成運(yùn)算放大器時(shí)，必須考慮到工作溫度范圍、工作電壓范圍、功耗、體積限制及噪聲源的影響等因素。

另外，需要注意的事項(xiàng)有以下幾點(diǎn)：

①集成運(yùn)算放大器的選擇，從性價(jià)比方面考慮，應(yīng)盡量選擇通用集成運(yùn)算放大器，只有在通用集成運(yùn)算放大器不滿足應(yīng)用要求時(shí)，才采用特殊集成運(yùn)算放大器。

②使用集成運(yùn)算放大器首先要會(huì)辨認(rèn)封裝形式，目前常用的封裝是雙列直插式和扁平式。

③學(xué)會(huì)辨認(rèn)引腳，不同公司的產(chǎn)品引腳排列是不同的，需要查閱手冊(cè)，確認(rèn)各個(gè)引腳，通常將這種現(xiàn)象稱為虛斷。

目前廣泛應(yīng)用的電壓型集成運(yùn)算放大器是一種高放大倍數(shù)的直接耦合放大器。在該集成電路的輸進(jìn)與輸出接進(jìn)不同的反饋網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)不同用途的電路，例如利用集成運(yùn)算放大器可非常方便地完成信號(hào)放大、信號(hào)運(yùn)算（加、減、乘、除、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、平方、開(kāi)方等）、信號(hào)的處理（濾波、調(diào)制）及波形的產(chǎn)生和變換。集成運(yùn)算放大器的種類非常多，可適用于不同的場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜俐俠.模擬電子技術(shù).