集成运放技术参数——最大输出电流I\(_{OM}\)

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(张国华)最大输出电流一般被定义为:在额定电源电压和额定负载下、集成运放输出电压达到其输出峰—峰电压V\(_{OPP}\)时所能给出的最大输出电流,常用IOM表示。手册给出的I\(_{OM}\)指标是器件输出电流的最小保证值,而产品的最大输出电流一般均大于这个给定值。有些生产厂家给出的技术参数中可能没有IOM指标,一般也不明确指出其额定负载R\(_{LR}\)的大小,但在输出电压峰—峰值VOPP或最大输出电压V\(_{OM+}\)、VOM-的测试条件中常给出R\(_{L}\)为若干千欧,由VOM/R\(_{L}\)即可近似估算出它的最大输出电流。如果器件的正、负输出电流能力相同,一般只给出IOM值的大小;若器件的正、负向输出电流能力不等、则常分别给出I\(_{OM+}\)、IOM-。此外也有少数厂家给的是最大输出电流峰—峰值I\(_{OPP}\),通常IOPP=I\(_{OM+}\)-IOM-。

一般通用型以及大多数专用型集成运放的I\(_{OM}\)值均为5~10mA,较为特殊的是单电源低功耗运放F124在单电源VCC=15V时,其正向最大输出电流I\(_{OM+}\)典型值可达40mA、负向最大输出电流(流入运放输出端的灌电流)IOM-典型值可达-20mA,为诸运放中输出电流较大者。

有些产品给出的“最大输出电流”实际指的是器件的输出短路电流,如单电源CMOS运放CF3130,在单电源V\(_{CC}\)=15V时的最大输出电流IOM+=22mA(典型值)。其测试条件为V\(_{0}\)=0,是指器件输出端被短路至地时运放所能提供的最大短路电流;而它的最大吸收电流IOM-=-20mA(典型值)的测试条件为V\(_{0}\)=15V,是指器件输出端被短路至电源正端时运放所能吸收的负向负载电流。而CF3130在保证其输出电压摆幅前提下的最大输出电流(对应RLR=2KΩ)将比上述I\(_{OM+}\)、IOM-小许多。因此在分析器件的最大输出电流指标时,应注意测试条件以明确其含意。

当集成运放工作时的实际输出电流I\(_{0}\)超过手册所规定的最大输出电流IOM时,可能会出现以下几种情况:

(1)当I\(_{0}\)过大时运放的输出电压峰—峰值VOPP可能将低于手册所给定的值,I\(_{0}\)超过IOM越多、器件的实际输出电压摆幅越小。同时,输出波形的畸变将增大,而开环电压增益A\(_{VD}\)将减小。

(2)I\(_{0}\)过大将可能使集成运放输出级或中间级某些晶体管的集电极耗散功率超过其容许值而烧毁。尽管有相当多的集成运放输出级是带有过流保护电路的,当I0很大时保护电路工作,使输出电流受到保护电路的限制而不能无限增大。但这种保护只能暂时起作用,因为这时管芯上的实际耗散功率早已超过器件的容许值,若不及时排除过流故障,因长时间过流仍将使器件过热而损坏。因此不能认为器件带有输出保护电路就可以不必注意过流问题。

(3)如果器件的输出电流超过I\(_{OM}\)不多、因而消耗在管芯上的功率仍小于器件的额定耗散功率时,则运放仍能正常工作,只不过其输出电压摆幅可能小于指标给定的VOPP值。如果对输出电压波形及其摆幅的要求不高时,集成运放也可以在负载电流大于器件I\(_{OM}\)指标下工作,在散热条件较好或采用一定散热措施(如加散热帽)时更是如此。因此,器件的IOM指标并不是绝对不许超过的,应根据具体情况加以处理。

在要求电路输出较大的负载电流时,可以采用以下方法:

(1)采用功率集成运放。扬州晶体管厂曾生产了输出功率最高可达3W的单片集成功率运算放大器YZ43,在常规±15V电源电压下它可以给出几百毫安的输出电流。

(2)对单电源运放,可以采用在输出端加一级射极跟随器的办法来提高电路的输出电流能力,如图1所示。但这时放大器的输出电压摆幅V\(_{OPP}\)将因功放管发射结有约0.7V的压降而稍有降低。对常规运算放大器,可采用图2所示在运放输出端加一级工作在甲乙类状态的互补射随器功率扩展级来提高放大器的输出电流能力。这种电路的计算方法与分立元件电路相同,这里不再赘述。

图1
图1 🔍原图 (272×286)
图2
图2 🔍原图 (329×384)