集成运放技术参数----电源电压范围

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电源电压范围通常不作为集成运放的一项指标,但熟悉器件的电源电压适应范围对合理选用器件及设计电路是有益的。器件对电源电压变化的适应能力与运放内部偏置电路的设计有关。早期的器件如图1所示的通用运放CF702,其偏置电路是由偏置电阻R\(_{B1}\)=2.4KΩ、RB2=480Ω及电源电压V\(_{EE}\)=-6V构成的,它确定了整个运放各级电路的工作点电流,电源电压波动时电路的工作点电流也随之波动。因此,为保证器件各项技术指标及电路的正常工作,CF702电路最好工作在+12V、-6V电源电压下而不允许它有较大的变化。对采用外接偏置电阻的器件如BG305,其偏置电路如图2所示,外接电阻RB确定了器件的工作点电流,当电源电压为±15V时R\(_{B}\)通常取100KΩ。由于RB是外接的,因此当电源电压变化、如变为±6V时,可以用相应减小R\(_{B}\)(减为39KΩ)的办法使放大器各级工作点保持在原设计值附近,因此这种电路的电源电压适应性较好,可以根据需要及可能灵活选用电源电压值,只要相应改变RB阻值即可。采用外接偏置电阻工作的其他运算放大器还有通用运放BG303、FC41、KD203、XFC77,低功耗运放FC54、XFC4、XFC75、5G26,高速运放XFC76,低漂移运放BG312等。

图1
图1 🔍原图 (355×337)
图2
图2 🔍原图 (321×350)

目前国内生产的集成运放中有不少器件采用如图3所示的偏置电路,如通用型运放CF741就是。图中39KΩ偏置电阻确定了偏置基准电流I\(_{R}\)=(Vcc-VEE-2V\(_{BE}\))/39KΩ。当电源电压变化时IR也随之相应变化,但放大器的工作点电流基准I\(_{C3}\)≈VR1/R\(_{1}\)=(VBE2-V\(_{BE3}\))/R1并不与I\(_{R}\)成比例,而仅与晶体管T1及T\(_{3}\)的发射结正向电压差成正比。因此当电源电压在很大范围内变化时,与IC3成比例的放大器工作点电流的变化量很小。这就是说,该类器件对电源电压变化的适应能力较强,如CF741其电源电压的适应范围最大可达±3V~±18V。

图3
图3 🔍原图 (249×362)

国内最近生产的几种单电源运算放大器如8FC7、F124、F3140、CF3130等,其偏置电路的设计全部采用恒流源电路而无固定的偏置电阻。由于电源电压的变化基本不会影响恒流源,即不会影响放大器各级的工作点电流,故这类器件对电源电压的适应能力更强。如单电源低功耗运放8FC7与单电源低功耗四运放F124可在+3V~+32V(或±1.5V~±16V)电压下工作,单电源高阻抗运放F3140能在+4V~+44V(或±2V~±22V)电压下工作,单电源高阻抗运放CF3130能在+5V~+16V(或±2.5V~±8V)电压下工作。

通过以上分析可以看出,虽然大多数厂家的器件手册中并不一定给出“电源电压范围”这项指标,在应用电路中也大都采用±15V电源工作,但应注意集成运放并非只能在±15V电压下工作。对不同的器件、只要了解其偏置的特点,或采用相应措施,即可使运放工作在所需的电源电压下,以减少设备所需稳压电源的种类及数量。不过要注意,一般生产厂家所给的各项技术参数指标都是在额定电源电压下测试的,当电源电压偏离额定值较大时,器件的某些技术指标会有所变化或降低。此外还应注意并非只有单电源运放才能在单电源下工作,一般的常规运放只要在满足器件共模电压允许范围的条件下也能采用单电源工作。所谓单电源运放是指在单电源工作时它的输入共模电压范围可以低至地电位、甚至低于地0.3V~0.5V,其输出电压摆幅也能低至地电位。因而在输入信号V\(_{i}\)及输出电压V0均需变化为零的电路中不必采用正、负电源即可胜任。(张国华)