《你好，放大器》之七：那些技高一籌的集成運(yùn)放（2）

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(lái)滿足不同應(yīng)用的特殊需求。

低噪聲集成運(yùn)算放大器

在很多應(yīng)用中，需要放大器自身是低噪聲的。

首先是精密測(cè)量和微弱信號(hào)測(cè)量應(yīng)用中，有些時(shí)候的有用信號(hào)僅僅為數(shù)十微伏，如果放大器自身的噪聲高于有用信號(hào)，則放大器輸出信號(hào)到底是什么就不知道了。因此，精密集成運(yùn)算放大器本身必須是低噪聲的。

如果是變化比較緩慢的工業(yè)應(yīng)用，選用精密集成運(yùn)算放大器就可以了。

除了測(cè)量微弱工業(yè)信號(hào)外，低噪聲放大器的另一個(gè)應(yīng)用就是音頻前置放大器，如磁頭放大器，話筒放大器，需要將數(shù)十微伏的有用信號(hào)放大到接近100mV，這就需要放大器具有低噪聲特性。不僅如此音頻低噪聲集成運(yùn)算放大器還需要具有不低于300倍的閉環(huán)增益，同時(shí)還要有20kHz以上的閉環(huán)帶寬。這要求集成運(yùn)算放大器不僅具有低噪聲特性，還要具有10MHz以上的單位增益帶寬。精密集成運(yùn)算放大器的單位增益帶寬一般不到1MHz。因此，具有低噪聲特性又具有10MHz以上單位增益帶寬的音頻集成運(yùn)算放大器應(yīng)運(yùn)而生，如NE5532、NE5534等型號(hào)。

這類放大器最新的典型型號(hào)如ADI公司的AD8229，具有超低輸入和輸出噪聲，可用于惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集。

集成功率放大器

集成運(yùn)算放大器具有失真度低的優(yōu)點(diǎn)，如果將集成運(yùn)算放大器的輸出電流、輸出電壓也大幅度增加，就可以成為性能優(yōu)秀的集成音頻功率放大器，現(xiàn)在的集成音頻功率放大器的特性與內(nèi)部等效電路還真的就是典型的集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)。在突出輸出電壓、輸出功率的同時(shí)降低了輸入電阻的要求，同時(shí)為了提高集成音頻功率放大器的帶寬和輸出電壓擺動(dòng)速率，集成音頻功率放大器的內(nèi)補(bǔ)償僅僅做到閉環(huán)增益為20dB條件穩(wěn)定，在閉環(huán)電壓增益0dB條件下可能是不穩(wěn)定的。

現(xiàn)在的集成音頻功率放大器單片最大輸出功率可以達(dá)到130W。

集成比較器
在電子線路中有一種應(yīng)用就是電平比較，電路的輸出僅僅需要高電平或低電平，不需要中間任何狀態(tài)，這種電路稱為比較器電路。電子技術(shù)基礎(chǔ)教材中用運(yùn)算放大器做比較器。用集成運(yùn)算放大器作為比較器電路有一個(gè)不可忽視的缺點(diǎn)，這就是通用型集成運(yùn)算放大器的輸出電壓擺動(dòng)速率太低，僅僅0.5V/μs。這樣從-10V轉(zhuǎn)換到+10V需要40μs，這個(gè)速度在電子線路中往往是不允許的。除非選用高速集成運(yùn)算放大器，但這需要考慮成本問(wèn)題。

因此在實(shí)際應(yīng)用中，比較器電路應(yīng)該用集成比較器（可以認(rèn)為是集成運(yùn)算放大器的一個(gè)特例）。由于集成運(yùn)算放大器是應(yīng)用于閉環(huán)負(fù)反饋應(yīng)用狀態(tài)，要求在閉環(huán)的工作模式下一定是穩(wěn)定的，因此需要對(duì)集成運(yùn)算放大器進(jìn)行頻率補(bǔ)償（內(nèi)補(bǔ)償或外補(bǔ)償），一般補(bǔ)償成為單極點(diǎn)特性，需要大幅度的滯后校正，這是集成運(yùn)算放大器速度和帶寬上不去的最根本原因。

集成比較器是工作在開(kāi)環(huán)或正反饋的遲滯比較工作模式，根本不需要考慮集成比較器在負(fù)反饋狀態(tài)下是否穩(wěn)定。因此，集成運(yùn)算放大器的頻率補(bǔ)償也就不需要考慮了；集成比較器也不需要具有極高的開(kāi)環(huán)電壓增益，一般60dB就夠用了，沒(méi)有必要做到100dB甚至140dB，這就可以大大的簡(jiǎn)化內(nèi)部等效電路；由于比較器電路僅僅需要輸出高、低電平，輸出級(jí)也可以做成開(kāi)路集電極形式，這又可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化內(nèi)部等效電路。這樣集成比較器內(nèi)部等效電路相對(duì)于集成運(yùn)算放大器而言簡(jiǎn)化得多。

新型集成運(yùn)算放大器--滿幅集成運(yùn)算放大器
隨著集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，低工作電壓應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越多，最低的甚至達(dá)到一顆鎳氫電池的最低電壓0.9V！

如果用常規(guī)的集成運(yùn)算放大器，即使是3.3V的鋰電池電壓也不會(huì)工作。勉強(qiáng)能工作的5V電源電壓的輸出電壓幅度不會(huì)超過(guò)1V！如此低的電壓利用率在低電壓工作模式下是不能允許的，需要大幅度提高輸出電壓幅度在電源電壓中的比值。

輸出電壓幅值接近電源電壓（+VCC-50mV≥VO≥GND+20mV的集成運(yùn)算放大器稱為滿幅集成運(yùn)算放大器（英文：rail-to-rail operational amplifier）。這樣的集成運(yùn)算放大器即使電源電壓為1V時(shí)，輸出電壓幅值也可以超過(guò)0.9V，電壓利用率超過(guò)0.9。

這種器件最新的典型型號(hào)如凌力爾特公司的LT1494 / LT1495 / LT1496，在2.2V~36V電源電壓輸入范圍內(nèi)，失調(diào)電壓最大值僅為375µV。

新型集成運(yùn)算放大器--微功耗集成運(yùn)算放大器
在電池供電或要求集成運(yùn)算放大器的功耗極低的應(yīng)用中，需要的功耗極低。例如，集成運(yùn)算放大器的靜態(tài)電源電流在50μA、電源電壓5V，則集成運(yùn)算放大器的功耗為0.25mW；如果是1V電源電壓，靜態(tài)電流為10μA，則集成運(yùn)算放大器功耗為10μW！

開(kāi)環(huán)單位增益帶寬100MHz以上的集成運(yùn)算放大器
隨著集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬、電子線路也不斷的拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。普通的30MHz~70MHz的普通意義上的寬帶/高速集成運(yùn)算放大器已經(jīng)不能滿足新的應(yīng)用要求。超級(jí)寬帶/高速集成運(yùn)算放大器應(yīng)運(yùn)而生。

有一般寬帶放大需要的100MHz以上的寬帶集成運(yùn)算放大器；也有需要閉環(huán)帶寬6.5MHz（開(kāi)環(huán)帶寬100MHz）以上的視頻放大器。

還有閉環(huán)帶寬500MHz以上的CATV放大器，也有輸出電壓擺動(dòng)速率超過(guò)1000V/μs驅(qū)動(dòng)光纖傳輸中的激光二極管的高速驅(qū)動(dòng)器。

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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?，一旦有了體積小、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(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(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力……