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集成运放中为什么要采用直接耦合放大电路?

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-06-05  来源:smd元器件网  浏览次数:3348
核心提示:电容耦合,变压器耦合,光电耦合等其他方式,耦合元件的性能参数都与该元件的体积有关,要达到耦合效果,元件体积必须比较大,这是没办法做成集成电路的。所以,集成运放内采用直接耦合方式。
因为直接耦合电路元件种类少,各级放大器之间的耦合直接通过导线连接,电路结构相对比其他几种方式简单,很适于集成。

集成运算放大器内部在硅芯片上制作三极管容易,但制作电感和电容不容易,所以集成运算放大器内部尽量使用三极管和电阻,尽量不用电感和电容,实在非得用也是在集成运算放大器构成电路时外接。这就是要采用直接耦合放大电路的原因。

集成运放,是具有高放大倍数的集成电路。它的内部是直接耦合的多级放大器,整个电路可分为输入级、中间级、输出级三部分。输入级采用差分放大电路以消除零点。
许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用。一般而言,当您只需要一个简单的比较器,并且您在四运算放大器封装中还有一个“多余”运算放大器时,这种做法是可行的。稳定运算放大器运行所需的相位补偿意味着把运算放大器用作比较器时其速度会非常的低,但是如果对速度要求不高,则运算放大器可以满足需求。偶尔会有人问到我们运算放大器的这种使用方法。这种方法有时有效,有时却不如人们预期的那样效果好。为什么会出现这种情况呢?

许多运算放大器都在输入端之间有电压钳位,其大多数一般都使用背靠背二极管(有时使用两个或者更多的串联二极管)来实施。这些二极管保护输入晶体管免受其基极结点反向击穿的损害。差动输入为约 6V 时便会出现许多 IC 工艺击穿,这会极大地改变或者损坏晶体管。下图显示了 NPN 输入级,D1 和 D2 提供了这种保护功能。

在大多数常见运算放大器应用中,输入电压均约为零伏,其根本无法开启这些二极管。但是很明显,对于比较器的运行而言,这种保护便成了问题。在一个输入拖拽另一个输入(以一种讨厌的方式拉其电压)以前,差动电压范围(约0.7V)受限。尽管如此,但我们还是可以把运算放大器用作比较器。但是,在我们这样做时必须小心谨慎。在一些电路中,这种做法可能是完全不能接受的。

问题是我们(包括其他运算放大器厂商)并没有总是说明这些钳位的存在。即使有所说明,我们可能也不会做详细的解释或者阐述。也许我们应该说:“用作比较器时,请小心谨慎!”产品说明书的作者们通常也只是假设您肯定会把运算放大器当作运算放大器用。最近,我们在美国亚利桑那州图森产品部召开了一个会议。会议决定,我们以后将会更加清楚地说明这种情况。但是,现在已经生产出来的运算放大器怎么办呢?下列指导建议可能会对您有所帮助:

一般而言,双极 NPN 晶体管运算放大器都有输入钳位,例如:OP07、OPA227 和 OPA277 等。uA741 是一个例外,它具有 NPN 输入晶体管,并且有一些为 NPN 提供固有保护的附加串联横向 PNP。

使用横向 PNP 输入晶体管的通用运算放大器一般没有输入钳位,例如:LM324、LM358、 OPA234、OPA2251 和 OPA244。这些运算放大器一般为“单电源”类型,其意味着它们拥有一个扩展至负电源端(或者稍低)的共模范围。输入偏置电流为一个负数时,表示输入偏置电流自输入引脚流出。这时,我们通常可以认定它们为这类运算放大器。但是,需要注意的是,使用 PNP 输入的高速运算放大器一般有输入钳位,而这些 PNP 是一些具有更低击穿电压的垂直 PNP。

更高电压(一般大于 20V)下工作的 JFET 和 CMOS 放大器,可能有也可能没有钳位。这种不确定性,要求您进行更多仔细的检查。所用工艺和晶体管类型的特性,决定了其内部是否存在钳位。

大多数低压 CMOS 运算放大器都没有钳位。自动归零或者斩波器类型是一个特例,其可能具有类似钳位的行为表现。

底线是……如果您考虑把运算放大器用作比较器,请一定小心谨慎。仔细阅读产品说明书,不要漏掉一点信息,包括应用部分的一些注解内容。在电路试验板或者样机中验证其表现,查看一个输入电压对另一个输入电压的影响。不要依赖 SPICE 宏模型。一些宏模型可能并不包括对钳位建模的一些额外组件。

另外,当您笨手笨脚地把运算放大器从一个轨移动到另一个轨时可能出现其他一些现象,我们可能无法精确地对这些现象建模。
 
 
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