集成运放参数——静态功耗Pc

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集成运放的“静态功耗”一般被定义为:在额定电源电压及空载条件下,当输入信号为零、输出电压也为零或为规定的电位时所消耗的电源功率,通常用符号P\(_{C}\)表示,单位为mW。采用正、负电源供电时运放的静态功耗PC=│V\(_{CC}\)·ICC│+│V\(_{EE}\)·IEE│;单电源供电时P\(_{C}\)=│VCC·I\(_{CC}\)│。式中V和I分别表示相应的电源电压与电源电流。这个指标表示的是集成运放在静态时所消耗的电源功率,切勿与器件的“最大耗散功率”指标相混淆。后者指的是在给定环境温度下为保证器件不致因过热而损坏时,允许消耗在运放内部的最大耗散功率,这个值通常约为数百毫瓦。此外,也有个别产品给出的是“静态功耗电流”指标IC,其静态功耗可由I\(_{C}\)与总电源电压的乘积(VCC-V\(_{EE}\))IC计算出来。

在大多数航天、航空产品如人造卫星、导弹等携带能源有限的场合、以及使用干电池工作的各种便携式仪表或是希望能在小电流下正常运行的防爆仪表设备中,静态功耗就是一个非常重要的指标。此外,就器件本身来说,工作在小电流情况下可以避免因自身发热不均匀而形成的热反馈现象,因而有利于减小噪声。而在其他的应用场合对器件的静态功耗指标则不必过于苛求。

集成运放的静态功耗指标主要取决于放大器各级电路工作点电流的大小。由于工作点电流过低将使晶体管的电流放大倍数β下降,因此低功耗电路能达到什么样的水平,主要取决于能否制造出在极低的偏置电流下仍能具有较高β值的晶体管。目前的国产低功耗电路已能达到输入级工作点电流小于2~3μA、中间级和输出级工作点电流小于20~10,而放大器的开环增益仍能达到10\(^{5}\)的水平。所谓“低功耗”型集成运放,就是指它们的静态功耗指标P\(_{C}\)要大大低于其他类型的集成运放,故器件的PC指标大小是衡量低功耗器件好坏的一个重要指标。

为了能得到极低的工作点电流,在低功耗电路中经常采用如下两种偏置方式:一种是与国标CF253电路相类似的高增益低功耗运放如FO10、FO11、XFC75、FC54、XFC4、7XC4、XFC801电路以及F012等,均采用外接一个较大偏置电阻(通常在1MOΩ以上)的方法为放大器建立较低的偏置电流基准;另一种是全部采用微电流源为放大器建立工作点的方式,如最近研制成的低功耗单电源运放F124、8FC7等。

不同类型集成运效之间静态功耗的大小相差很大,通常低功耗运放的P\(_{C}\)要比其他类型运放小几倍甚至几十倍。如在±15V电源电压下低功耗运放FC54的静态功耗约为15mw,FO12(5G26)的PC≤9mW,XFC75、F010的P\(_{C}\)均小于6mW,FO11的C档甚至可小于3mW,而低功耗单电源运放8FC7与低功耗单电源四运放F124在单电源+5V时每个运放的平均功耗约为1mW;一般通用Ⅰ型运放CF702、通用Ⅱ型运放CF709的静态功耗均小于150mW,通用Ⅲ型运放CF741的静态功耗小于120mW;高速型运放为保证有较高的电压转换速率指标,其静态工作点电流一般均设计得比较高、因而静态功耗也较大,如FO51、FC92的静态功耗小于240mW、5G27的PC≤250mW。高输入阻抗集成运放BG313给出的是功耗电流指标I\(_{C}\)<5mA,当总电源电压VCC-V\(_{EE}\)=30V时,可换算出静态功耗PC=(V\(_{CC}\)-VEE)·I\(_{C}\)≤30V·5mA=150mW。(张国华)