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《你好,放大器》之五:2.0版的集成運(yùn)放,有源負(fù)載替代了集電極電阻

2013/10/14
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最早的第二代集成運(yùn)算放大器LM301
1967年:美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出 LM101,改善了許多重要問題,使集成電路運(yùn)算放大器開始流行。


第二代集成運(yùn)算放大器的標(biāo)志是有源負(fù)載替代了集電極電阻,這使得第二代集成運(yùn)算放大器的開環(huán)增益相對(duì)第一代集成運(yùn)算放大器有極大的提高。


第二代集成運(yùn)算放大器最早的產(chǎn)品式有現(xiàn)在還在用的LM301。LM301(當(dāng)時(shí)軍品型號(hào)為L(zhǎng)M101)在1967年問世,這是一款除了需要外補(bǔ)償,其它的特性均與第三代集成運(yùn)算放大器基本相同。


與μA709相比,LM301的頻率補(bǔ)償要比μA709簡(jiǎn)單得多。


LM301內(nèi)部等效電路如圖。


LM301內(nèi)部等效電路

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由于在集成運(yùn)算放大器中,NPN晶體管的性能優(yōu)于PNP晶體管的性能,在第二代集成運(yùn)算放大器中還是避免過多的使用PNP晶體管。輸出級(jí)采用了準(zhǔn)互補(bǔ)發(fā)射極跟隨電路的輸出級(jí)。PNP晶體管也僅僅用于輸入級(jí)的共射—共基差分放大電路的共基極差分放大電路。因此LM301內(nèi)部等效電路要比第三代通用集成運(yùn)算放大器復(fù)雜。


第二代集成運(yùn)算放大器采用了輸入級(jí)、中間放大級(jí)、輸出級(jí)的三級(jí)放大模式,開環(huán)頻率特性曲線穿越0dB時(shí)會(huì)超過180°,也就是說在單位負(fù)反饋(跟隨器狀態(tài)下)集成運(yùn)算放大器將進(jìn)入不穩(wěn)定的自激震蕩狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償,使集成運(yùn)算放大器不產(chǎn)生自激振蕩。


由于需要外設(shè)頻率補(bǔ)償電路,使得電子工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)感到麻煩,為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),消除頻率補(bǔ)償設(shè)計(jì)的麻煩,從LM741以后的集成運(yùn)算放大器將頻率補(bǔ)償做在集成運(yùn)算放大器內(nèi)部—內(nèi)補(bǔ)償方式。


內(nèi)補(bǔ)償通用型集成運(yùn)算放大器
1968年:飛兆半導(dǎo)體(即前文的仙童)公司推出 μA741,與 LM301 相比,μA741內(nèi)部增加了30pF的頻率補(bǔ)償電容。該產(chǎn)品第二來源眾多,迄今仍然在生產(chǎn)使用,它是有史以來最成功的運(yùn)算放大器,也是極少數(shù)最長(zhǎng)壽的IC型號(hào)之一。


通用型集成運(yùn)算放大器是應(yīng)用最多、價(jià)格最便宜的一類集成運(yùn)算放大器。μA741在1968年問世之后,從外補(bǔ)償?shù)絻?nèi)補(bǔ)償整整經(jīng)歷了3年,而從μA702到LM301僅僅用了2年。這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是綜合性能一般,但是對(duì)于一般應(yīng)用足夠用,成為經(jīng)典的集成運(yùn)算放大器。


μA741典型參數(shù)為開環(huán)增益最小值20 000倍,輸入失調(diào)電壓典型值6mV,輸入失調(diào)電流典型值200nA,輸入偏置電流最大值500nA,輸入電阻典型值0.3MΩ。單位增益帶寬低于0.5MHz,輸出電壓擺動(dòng)速率0.5V/μs。
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與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容,未經(jīng)許可,不得轉(zhuǎn)載

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系列之一:放大器簡(jiǎn)史

摘要:運(yùn)算放大器來源于電子線路,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年及后來的30年間,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室利用負(fù)反饋技術(shù)來改善放大器的性能。這導(dǎo)致了真空管運(yùn)算放大器的問世,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”……

系列之三:真空管運(yùn)放的終結(jié)者—晶體管運(yùn)算放大器

摘要: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,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……

系列之四:IC時(shí)代來了,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)算放大器來滿足不同應(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:在三類城市,集成運(yùn)算放大器可以以0.8元的零售價(jià)買到四運(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)成的電路沒有競(jìng)爭(zhēng)力……

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

遼寧工業(yè)大學(xué)教授,中國(guó)電源學(xué)會(huì)常務(wù)理事、編輯工作委員會(huì)主任,中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)名譽(yù)理事。參加國(guó)家“863”計(jì)劃,電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)“解放票混合動(dòng)力城市客車用超級(jí)電容器”項(xiàng)目。主要研究方向包括各類電容器及其應(yīng)用、電力半導(dǎo)體器件應(yīng)用、高效率開關(guān)電源、高效率電子鎮(zhèn)流器與高效能電子照明。已出版專著《電容器手冊(cè)》、《高效率開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作》《高頻電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)與制作》等15部。