適用于便攜式的運(yùn)算放大器

方佩敏

編者按：表面貼裝技術(shù)(SMT)的發(fā)展促使表面貼裝元器件(SMD)的發(fā)展。特別是便攜式的神速發(fā)展，更促進(jìn)貼片式器件的改進(jìn)，不僅僅是不斷地減小體積、重量，并且也提高了性能。在 這種形勢(shì)下，在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)不得不從習(xí)慣的穿孔式元器件改換成貼片式元器件。維修技術(shù)人員在維修各種家用電器、儀器、儀表時(shí)也會(huì)碰到各種貼片式器件。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展的需要，本刊將陸續(xù)介紹各種通用貼片式器件及其應(yīng)用電路。

這些通用的貼片式器件可代換老的穿孔式DIP封裝器件，更適合設(shè)計(jì)用于便攜式電子產(chǎn)品。

近年來，為了滿足新穎便攜式電子產(chǎn)品的需要，開發(fā)出工作電壓低、耗電省、封裝尺寸小、 性能好的各類貼片式集成電路。本文介紹兩款適用于便攜式的運(yùn)算放大器LMC7101(單運(yùn)放) 和MC33202(雙運(yùn)放)。

LMC7101簡(jiǎn)介

LMC7101是高性能CMOS運(yùn)算放大器，它是為縮小尺寸及減輕重量而設(shè)計(jì)的。它具有輸入和輸 出可接近電源電壓(即輸入和輸出滿幅值)、開環(huán)增益高及工作電流低等性能。其主要特點(diǎn)：

工作電壓低，最低為2.7V；工作電壓范圍為2.7～15.5V；在5V時(shí)工作電流典型值為0.5mA；失真小，在5V時(shí)THD典型值為0.01%；增益帶寬為1.0MHz；輸入共模電壓范圍從V-到V+；小尺寸貼片式SOT-23-5封裝；工作溫度范圍為-40～+85℃。

LMC7101的管腳排列如圖1所示。該運(yùn)放主要應(yīng)用于移動(dòng)通信、筆記本電腦及PDA、電池供電的電子產(chǎn)品、儀器及儀表、便攜式音頻裝置及傳感器接口電路等。

MC33202簡(jiǎn)介

MC33202是雙運(yùn)放。其主要特點(diǎn)：工作電壓低，最低可達(dá)1.8V；工作電壓范圍從1.8V到12V； 輸入和輸出滿幅值(輸出電壓與電源的電壓差小于50mV，輸入電壓范圍從V-到V+)；工作電流低，典型值為0.9mA/每一運(yùn)放；在過驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)時(shí)，輸出端無相位反轉(zhuǎn)；輸出電流大，典型值為80mA；工作溫度范圍為-40～+150℃。

MC33202為貼片式SO-8封裝，它的管腳排列如圖2所示。該運(yùn)放除了上述特點(diǎn)外，并且具有噪 聲低、失真低、轉(zhuǎn)換速度(壓擺率)高及驅(qū)動(dòng)能力大的性能，是音頻應(yīng)用中較理想的放大器；它也適用于便攜式儀器、儀表等方面的應(yīng)用。

主要參數(shù)性能

LMC7101及MC33202的主要參數(shù)性能如附表所示。

一般的運(yùn)算放大器輸出電壓不能到電源電壓V+，要比V+小0.8～1.5V左右。對(duì)工作電壓低的 情況，輸出電壓就很小了。筆者用CA3140、LM324(用其中一個(gè)運(yùn)放)及LMC7101三種單電源運(yùn)放作了一個(gè)電壓跟隨電路試驗(yàn)，其試驗(yàn)電路如圖3所示(圖中僅畫出LMC7101的電路，其它運(yùn) 放電路相同)。工作電壓V+=3V，輸入電壓從0開始，旋轉(zhuǎn)電位器使輸入電壓增加，用數(shù)字電 壓表測(cè)輸入電壓及輸出電壓，試驗(yàn)的結(jié)果如下：CA3140的輸入電壓到0.70V 以后輸出就飽和了；LM324的輸入電壓到1.7V以后輸出就飽和了；LMC7101到2.98V后才飽和，其試驗(yàn)結(jié)果可用圖4來表達(dá)。

如果輸入信號(hào)是正弦波信號(hào)，采用了如圖5右邊的單電源交流放大電路。則用上述三種運(yùn)放，其輸出不削頂?shù)腣out(p-p)值分別約為0.7V、1.7V及2.98V，如圖5左邊的輸出波形圖。

由上述的結(jié)果可知，在低工作電壓時(shí)，要獲得較大的輸出電壓，只有采用LMC7101才能獲得 接近電源電壓幅值的輸出電壓。

應(yīng)用電路

1.雙通道采樣保持電路

雙通道采樣保持電路如圖6所示，它由二選一模擬開關(guān)與雙運(yùn)放MC33202等組成。運(yùn)放接成電壓跟隨器，由微處理器(μP)來控制模擬開關(guān)分時(shí)將第1通道(CH1)的信號(hào)電壓及第2通道(CH2) 的信號(hào)電壓輸入μP。雖然工作電壓僅3V，但采樣電壓可接近3V。

2.雙運(yùn)放組成的儀器放大器電路

圖7是一種由雙運(yùn)放組成的儀器放大器電路。輸出電壓Vout與Vin1、Vin2的關(guān)系為：Vout=(Vin2-Vin1)〔1+1/2(R2/ R1+R3/R4)+(R2+R3)/R5〕R4/R3，

即增益Av=R4/R3〔1+1/2(R2/R1+R3/R4)+（R2+R3）/R5〕。一般在設(shè)計(jì)中常采用R1=R4,R2=R3,R1=10R2，則 Av可簡(jiǎn)化成：

Av=1+R1/R2+2R1/R5 =11+2 R1/ R5。

R5用作增益調(diào)整電阻，可改變放大器的增益大小。該放大器有很高的輸入阻抗。

圖8是一個(gè)溫度測(cè)量電路。它由二極管作溫度傳感器，其靈敏度約為-2mV/℃(其負(fù)號(hào)表示增加1℃時(shí)，其VF減小2mV左右)。由R6、VD、R7、RP1 組成測(cè)量電路，其中RP1為調(diào)零用。溫度測(cè)量范圍為0～+50℃，要求輸出電壓0～2V。放大器采用雙運(yùn)放組成的儀器放大器，工作電壓為+3V，采用MC33202雙運(yùn)放可滿足電路的需要。

電路中R1=R4=10kΩ，R2=R3=1kΩ，R5采用5kΩ電位器來調(diào)整增益(因?yàn)槎O管的靈敏度有一定的離散性)。增蓋的計(jì)算如下：設(shè)溫度傳感器的靈敏度為-2mV/℃,則0～50℃時(shí)，二極管的VF變化為2mV/℃×50℃=100mV,輸出電壓要求2V，則放大器的增益Av=2000mV/100mV=20；R5=2R1/(Av-11)=20kΩ/(20-11)=2.22kΩ。

增益可用5kΩ電位器來調(diào)整，電位器也可在調(diào)整后換上電阻。

在0℃時(shí)，調(diào)整RP1，使VOUT=0V；在50℃時(shí)，調(diào)R5，使輸出電壓VOUT=2.0V。反復(fù)調(diào)整幾次即可滿足要求。