高精度CMOS运算放大器LMC6062/6082及其应用

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High ACCuracy CMOS Operational Amplifier LMC6062/6082 and Its ApplICation 摘要：LMC6062/6082是一种高精度、高输入阻抗的CMOS型运算放大器,文中介绍了它的特点、电气特性及使用中的一些技术问题,并给出了它的三个应用实例。 关键词：CMOS运算放大器;LMC6062/6082;特点 1. LMC6062/6082的特点 LMC6062/6082是国家半导体公司生产的双CMOS运算放大器。以往的CMOS运算放大器由于输入偏置电压较高,不适合用于要求高精度的场合。然而LMC6062/6082的优良性能使它能与高精度的双极型运放相匹敌,从而大大地拓宽了CMOS运放的应用范围。 LMC6062/6082最大额定电压为16V,可在5～15V单电源下工作。也可在正、负电源供电情况下使用,采用正、负极电源时的电源电压范围为± 2.5～±7.5V。 该IC采用DIP/SOP8脚封装,其引脚排列如图1所示,它的电气特性表1所列。特点如下：·输入偏置电压小。LMC6062的输入偏置电压为100μV;LMC6082的输入偏置电压为150μV 。优于以往的高精度双极型运算放大器。如果要比这一数值更佳,则需要使用斩波器型运算放大器。·输入偏置电流极小。由于是CMOS输入,因此偏置电流非常小,仅。为了充分发挥LMC6062/6082运放的作用,对于如此小的输入偏置电流,必须充分注意运放的安装工艺。另需注意,如果由于不小心用于触及了IC组件引脚,或由外部对IC引脚施加了机械力,将导致漏电流的增加。·可获得等于电源电压的输出幅度。由于输出级也为CMOS电路,因此可以获得近似V+～V-的输出幅度。实际上输出级多少存在一些残余电压,但仅为几十毫伏而已。·低功耗。对于LMC6062,当为5V,为0V时,其消耗电流仅32μA. 因此,它非常适合在电源电压为5V的情况下工作,是电池供电的最理想的运算放大器。然而,LMC6062的低功耗是以牺牲工作速度和带宽为代价的,当上述两点为电路的主要矛盾时,应改用LMC6082。 2. LMC6062/6082的使用方法 运算放大器的特性越是优良,在使用上越是需要加以注意。下面介绍一下LMC6062/6082使用时的几个注意事项。 2.1输入端的处理 由于LMC6062/6082的输入偏置电流很小,且输入电阻很高。因此它常常被应用于高输入阻抗的电路中。但如果我们安装时不注意,尽管从电路本身来说它是一个高输入阻抗的电路,然而实际制作成的电路却有可能难以达到那样高的输入阻抗。 在图2所示的同相放大电路中,理论上的输入电流只等于 IC的偏置电流,但实际上存在着一个从同相输入端通过印制板面流动漏电流,这样就存在一个比 IC的偏置电流大得多的电流在流动。如印制板间的漏电阻为,通常我们认为这一个值已是经相当大了。而当输入电压Vin=1V时,其漏电流约为1pA,这一数值却是IC偏置电流10fA的100倍。 在电路安装时最基本的一条是要避免产生这一类漏电流。从理想化角度来讲,将容易产生漏电流的电路部分用悬空配线的方法是最好的选择。如果不能做到这一点。则可使用聚四氟乙烯塑料作为中继过渡接点的支点。 另外一种处理方法是用IN一端（反相输入端）的电路来包围IN+端（同相输入端）的电路,如图3所示。这样IN-端和IN+端之间的电位差由于虚拟短路的成立而可以把它看成为0V,于是即使IN+端和IN-端之间存在着漏电阻,漏电流仍可等于零。 另外,还可根据不同电路来设计不同的的包围方法,关键是要用同电位的低阻抗电路来进行环围。 印制板的材料也是至关重要的,虽然上面没有特别涉及到这一点。但原则上要使用玻璃环氧为材料制作的印制板。如果使用廉价的酚醛树脂印制板,则将会使漏电流增加。 2.2输入电容的补偿 当输入电流非常小时,要有效地利用本运放的特性,需将反馈电阻Rf设置得较大。图4 所示的电路是将光敏二极管的输出电流进行电压交换的电路,光敏二极管的结电容附加在运算放大器的反相输入端和地之间。此时应考滤印制板上寄生电容的影响,我们把这些电容归结为 CIN。CIN的存在将会引起运放工作的不稳定,严重时将使电路产生振荡。 为了消振,可把电容Cf并联到Rf上,其容量的选择应满足Rg为从放大器反相输入端看出去的信号源内阻。对反相放大电路来说,信号源内阻和输入电阻的总和为 Rg,这时CIN等于反相输入端与地之间的容量。然而,实际上Rg和未必能预先知道,调试时可以用试探法来改变Cf的容量,直到使输出脉冲不产生上冲和振荡。Cf过大虽不会出现振荡,但将使波形的上升沿变坏,因此应在这一监界点附近反复调整,直至选择一个最佳的Cf 容量。2．3阻塞问题使用CMOS集成电路时,由于结构上的原因,电路产生阻塞是一个令人感到困惑的问题。由于某些原因,当一个超过电源电压的信号叠加到输入端后,即使此后去掉这一叠加电压,只要没有切断电源,一个大电流将持续地在电路中流动,而这一电流可能最终导致集成电路的损坏。 为此,当输入、输出外部引出端将遭受无法预料的高电压或浪涌冲击时,有必要串接电阻或加接箝位二极管来保护集成电路。串接电阻一般不存在什么问题,加接箝位二极管时由于集成电路的偏置电流非常小,反相电流就不能忽略,因而无法发挥本集成电路输入偏置电流非常小的特点。 3．LMC6062/6082的应用电路 3.1高输入阻抗测量放大器 测量放大器通常要求具有较高的输入阻抗,因此应用LMC6062/6082是最合适的。图5是测量放大器的一个实例,它是最大限度地发挥了本ICCMOS高输入阻抗特点的放大器电路,该电路的电压放大倍数为 100倍左右。用A1、A2构成差动输入/差动输出放大器,由A3将差动信号变换成通常的单端信号。本电路处在线性放大工作状态,当正、负输入端都加入信号时,输出信号即 A3的输出为： 3.2超低频正弦波振荡电路 文氏桥振荡器是正弦波振荡电路中的一种比较有名的振荡电路。用普通的运算放大器构成超低频振荡电路时,如果文氏桥的电阻取得过大,从减小运放偏置角度来说是不理想的,而大容量的电容器由于漏电流等影响也不宜使用。但当使用 CMOS输入电路时,即使使用较大的电阻也完全不存在什么问题。图6所示为振荡频率为0.1Hz的正弦波振荡电路。 正弦波振荡电路中的一个难点是振幅控制电路（从输出端反馈到反相输入端的反馈电路）。特别是在这样一类超低频振荡的场合,由于通常采用的是二极管整流型电路, 因此其振荡达到稳定需要经过较长的时间。如果,则振荡达到稳定将需要几十秒的时间,这在实用上令人无法容忍。因此,可在某种程度上牺牲一点失真度而采用限幅器电路的形式,这样由于不接入时间常数电路,从而使振荡即刻就能进入稳定状态。 3.3超低频有源滤波器 LMC6062/6082的另一位应用是利用它的偏置电流非常小的特点,在超低频范围内引入截止频率这一概念组成的有源滤波器电路。 图7是一个截止频率等于0.1Hz的低通滤波器电路.从电路结构上来看,它同以往的某些有源滤波器没有什么两样 ,所不同的是电阻的阻值大小不一样。图中由于使用了以前无法使用的高阻值电阻,因而不需要选用大容量的电容器来实现超低频的截止频率。