《你好，放大器》之三：真空管運(yùn)放的終結(jié)者—晶體管運(yùn)算放大器

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晶體管運(yùn)算放大器成為真空管運(yùn)算放大器的終結(jié)者

真空管運(yùn)算放大器不僅體積大，而且功耗也很大，如M9型真空管運(yùn)算放大器的最后一級(jí)的6L6陽(yáng)極耗散功率約19W，加上燈絲耗電約6W，6L6上面的損耗可以達(dá)到20W以上，其他的真空管損耗也要達(dá)到近10W，這樣，真空管運(yùn)算放大器損耗最低也要20W.這相對(duì)于今天的100mW級(jí)的集成運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直難以想象。

不僅如此，真空管運(yùn)算放大器還要有燈絲變壓器、高壓變壓器、整流濾波電路、甚至還要真空管交流穩(wěn)壓電源等龐大、笨重的輔助設(shè)備。

正因?yàn)槿绱耍坏┯辛梭w積小、耗電低的可替代產(chǎn)品，真空管運(yùn)算放大器必將壽終正寢。導(dǎo)致真空管運(yùn)算放大器壽終正寢的的是晶體管和晶體管運(yùn)算放大器。

晶體管運(yùn)算放大器
晶體管運(yùn)算放大器的問(wèn)世

1948年肖克萊發(fā)明了晶體管，使得電子技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入了晶體管時(shí)代，隨著晶體管制造技術(shù)的進(jìn)步，晶體管的性能不斷的提高，晶體管運(yùn)算放大器也變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。到了1960年第一個(gè)晶體管運(yùn)算放大器問(wèn)世，真空管運(yùn)算放大器的好日子開(kāi)始逐漸結(jié)束。

GAP/R推出了P65晶體管運(yùn)算放大器
1960年，GAP/R推出了P65晶體管運(yùn)算放大器，電路如圖。
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晶體管運(yùn)算放大器“P56”（1960年）

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電路做在約45×35mm的電路板上，很顯然這個(gè)晶體管運(yùn)算放大器的體積遠(yuǎn)小于真空管運(yùn)算放大器；電源電壓為±15V，也遠(yuǎn)低于±300V電壓。

晶體管運(yùn)算放大器“P56”一直沿用到1971年。

GAP/R的P45晶體管運(yùn)算放大器
晶體管運(yùn)算放大器“P56”的改進(jìn)型“P45”電路如圖：

P45晶體管與運(yùn)算放大器電路

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圖中Q1、Q2 和Q3、Q4分別為晶體管差分對(duì)。

電路板如圖：

晶體管運(yùn)算放大器“P45”圖片

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P45晶體管運(yùn)算放大器的開(kāi)關(guān)電壓增益為50 000倍，單位增益帶寬為100MHz，1966年的售價(jià)為118＄。

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GAP/R的PP65晶體管運(yùn)算放大器
1962年，GAP/R將P65做成模塊，即PP65晶體管運(yùn)算放大器，如圖：

GAP/R的PP65晶體管運(yùn)算放大器模塊

該模塊將管腳間距定義在0.2英寸（5.08mm），這是一款僅具有7只引腳的運(yùn)算放大器。

抑制溫漂的運(yùn)算放大器
為了減小晶體管運(yùn)算放大器的直流漂移，GAP/R于1966年推出變?nèi)荻O管橋（Varactor Bridge）電路的運(yùn)算放大器，型號(hào)為SP2A，原理框圖如圖：

1966年：第一個(gè)使用變?nèi)荻O管橋（Varactor Bridge）電路的運(yùn)算放大器SP2A。SP2A的售價(jià)為227＄。

ADI的高速、寬帶晶體管運(yùn)算放大器模塊獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷
在高速、寬帶運(yùn)算放大器領(lǐng)域ADI的晶體管運(yùn)算放大器模塊獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

1966年，ADI推出121模塊，這是一款寬帶直流運(yùn)算放大器，具有25 000倍（88dB）開(kāi)環(huán)電壓增益和250V/μs的輸出電壓擺動(dòng)速率。盡管這時(shí)集成運(yùn)算放大器已經(jīng)問(wèn)世3年，但是具有如此高的電壓擺動(dòng)速率，那時(shí)的集成運(yùn)算放大器還無(wú)能為力。

ADI的121模塊1968年的售價(jià)為98＄。

ADI的121模塊電路如圖：
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ADI的121模塊電路

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ADI的121模塊的另一個(gè)特點(diǎn)是具有調(diào)零功能，這在P45、P65中是不具備的。

JFET輸入級(jí)的晶體管運(yùn)算放大器
雙極型晶體管做為輸入級(jí)的晶體管運(yùn)算放大器的輸入阻抗很低，要想提高輸入阻抗最好的辦法就是選用場(chǎng)效應(yīng)晶體管做為輸入級(jí)，1970年，ADI推出JFET輸入級(jí)的45、44和48的JFET輸入級(jí)的晶體管運(yùn)算放大器，電路如圖：

44和48的JFET輸入級(jí)的晶體管運(yùn)算放大器電路

精確到0.01%的建立時(shí)間為500ns，輸出電壓擺動(dòng)速率為100V/μs。

晶體管運(yùn)算放大器的薄膜化
樹(shù)脂封裝的晶體管運(yùn)算放大器模塊在一些應(yīng)用中受到限制，如軍品、宇航產(chǎn)品等，需要一種可以滿(mǎn)足上述要求的晶體管運(yùn)算放大器，采用晶體管芯片、電阻裸片、電容裸片直接裝配在陶瓷基板上將大大的減小電路的體積，提高電路的可靠性。ADI的HOS-50高速混合集成運(yùn)算放大器電路。電路如圖：

ADI的HOS-50高速混合集成運(yùn)算放大器電路

管殼尺寸如圖：

?ADI的HOS-50高速混合集成運(yùn)算放大器

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ADI的HOS-50高速混合集成運(yùn)算放大器具有100MHz帶寬和精確到0.01%的建立時(shí)間為200ns。

將薄膜電路中的各元件集成到一個(gè)芯片中！
ADI的HOS-50高速混合集成運(yùn)算放大器居集成運(yùn)算放大器僅有一步之遙。

試想要是把晶體管運(yùn)算放大器的所有元件都集成在一個(gè)硅片中，不就成為集成運(yùn)算放大器了嗎！

當(dāng)時(shí)的電子工程師還真的就那么想的。于是集成運(yùn)算放大器閃亮登場(chǎng)，晶體管運(yùn)算放大器的歷史宣告結(jié)束。
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系列之一：放大器簡(jiǎn)史

摘要：運(yùn)算放大器來(lái)源于電子線路，與電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。1904年，J.A.Fleming發(fā)明了真正的真空二極管，1906年，Lee De Forest發(fā)明了真空三極管，自此開(kāi)創(chuàng)了電子技術(shù)時(shí)代。K2-W型運(yùn)放是第一批商品化的運(yùn)放……

系列之二： 真空管運(yùn)算放大器的年代

摘要：1930年及后來(lái)的30年間，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室利用負(fù)反饋技術(shù)來(lái)改善放大器的性能。這導(dǎo)致了真空管運(yùn)算放大器的問(wèn)世，即應(yīng)用真空管負(fù)反饋放大器構(gòu)成通用的“運(yùn)算放大器”……

系列之四：IC時(shí)代來(lái)了，1.0版的集成運(yùn)算放大器

摘要：真正讓運(yùn)算放大器從陽(yáng)春白雪，變?yōu)榇蟊娋梢詰?yīng)用的基本電子器件得益于通用型集成運(yùn)算放大器的大量生產(chǎn)……

系列之五：2.0版的集成運(yùn)放，有源負(fù)載替代了集電極電阻

摘要：1967年：美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出 LM101，改善了許多重要問(wèn)題，使集成電路運(yùn)算放大器開(kāi)始流行……

系列之六：那些技高一籌的集成運(yùn)算放大器（1）

摘要：如果是特殊應(yīng)用，通用型集成運(yùn)算放大器的性能就顯得不夠，需要選用特殊性能的集成運(yùn)算放大器……

系列之七：那些技高一籌的集成運(yùn)放（2）

摘要：書(shū)接上回，還有很多特殊性能的集成運(yùn)算放大器以及新型集成運(yùn)算放大器來(lái)滿(mǎn)足不同應(yīng)用的特殊需求……

系列之八：集成運(yùn)放的理論挑戰(zhàn)—深度負(fù)反饋惹的禍

摘要：電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中，往往是說(shuō)負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn)多，負(fù)反饋的缺點(diǎn)卻很少提及，頂多就是深度負(fù)反饋可能會(huì)引起自激振蕩。那么在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用集成運(yùn)算放大器受到了哪方面的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所學(xué)的理論的挑戰(zhàn)……

系列之九：為什么還是要集成運(yùn)放—性能，性能

摘要：前面講了集成運(yùn)算放大器和深度負(fù)反饋引入的優(yōu)缺點(diǎn)。似乎集成運(yùn)算放大器并沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)，深度負(fù)反饋后也不是那么的理想。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，恰當(dāng)選擇集成運(yùn)算放大器和負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器還是極具優(yōu)勢(shì)的，這是不容置疑的，除非集成運(yùn)算放大器和負(fù)反饋選擇不恰當(dāng)。那么集成運(yùn)算放大器都具有哪些優(yōu)勢(shì)呢……

系列之十：集成運(yùn)放的優(yōu)勢(shì)—模擬之母

摘要：集成運(yùn)算放大器可以完成“所有的”模擬電路功能，不管是線性的還是非線性的電路，只要是能想到的幾乎都能實(shí)現(xiàn)……

系列之十一：集成運(yùn)放還有哪些好處？

摘要：在三類(lèi)城市，集成運(yùn)算放大器可以以0.8元的零售價(jià)買(mǎi)到四運(yùn)算放大器（LM324），而小信號(hào)雙極型晶體管的零售價(jià)至少要0.2元，電阻的單價(jià)也要0.02~0.03元，電容器的單價(jià)也要0.1元或更高。這樣就可以看到前文曾提到的分立元件構(gòu)成的電路沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力……