高精度CMOS運(yùn)算放大器LMC6062/6082及其應(yīng)用HighAccuracyCMOSOperationalAmplifierLMC6062/6082an

摘要：LMC6062/6082是一種高精度、高輸入阻抗的CMOS型運(yùn)算放大器，文中介紹了它的特點(diǎn)、電氣特性及使用中的一些技術(shù)問(wèn)題，并給出了它的三個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：CMOS運(yùn)算放大器；LMC6062/6082；特點(diǎn)

1. LMC6062/6082的特點(diǎn)

LMC6062/6082是國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的雙CMOS運(yùn)算放大器。以往的CMOS運(yùn)算放大器由于輸入偏置電壓較高，不適合用于要求高精度的場(chǎng)合。然而LMC6062/6082的優(yōu)良性能使它能與高精度的雙極型運(yùn)放相匹敵，從而大大地拓寬了CMOS運(yùn)放的應(yīng)用范圍。

LMC6062/6082最大額定電壓為16V，可在5～15V單電源下工作。也可在正、負(fù)電源供電情況下使用，采用正、負(fù)極電源時(shí)的電源電壓范圍為± 2.5～±7.5V。

該IC采用DIP/SOP8腳封裝，其引腳排列如圖1所示，它的電氣特性如表1所列。特點(diǎn)如下：

·輸入偏置電壓小。LMC6062的輸入偏置電壓為100μV；LMC6082的輸入偏置電壓為150μV 。優(yōu)于以往的高精度雙極型運(yùn)算放大器。如果要比這一數(shù)值更佳，則需要使用斬波器型運(yùn)算放大器。

·輸入偏置電流極小。由于是CMOS輸入，因此偏置電流非常小，僅。為了充分發(fā)揮LMC6062/6082運(yùn)放的作用，對(duì)于如此小的輸入偏置電流，必須充分注意運(yùn)放的安裝工藝。另需注意，如果由于不小心用于觸及了IC組件引腳，或由外部對(duì)IC引腳施加了機(jī)械力，將導(dǎo)致漏電流的增加。

·可獲得等于電源電壓的輸出幅度。由于輸出級(jí)也為CMOS電路，因此可以獲得近似V+～V-的輸出幅度。實(shí)際上輸出級(jí)多少存在一些殘余電壓，但僅為幾十毫伏而已。

·低功耗。對(duì)于LMC6062，當(dāng)為5V，為0V時(shí)，其消耗電流僅32μA. 因此,它非常適合在電源電壓為5V的情況下工作,是電池供電的最理想的運(yùn)算放大器。然而，LMC6062的低功耗是以犧牲工作速度和帶寬為代價(jià)的，當(dāng)上述兩點(diǎn)為電路的主要矛盾時(shí)，應(yīng)改用LMC6082。

2. LMC6062/6082的使用方法

運(yùn)算放大器的特性越是優(yōu)良，在使用上越是需要加以注意。下面介紹一下LMC6062/6082使用時(shí)的幾個(gè)注意事項(xiàng)。

2.1輸入端的處理

由于LMC6062/6082的輸入偏置電流很小，且輸入電阻很高。因此它常常被應(yīng)用于高輸入阻抗的電路中。但如果我們安裝時(shí)不注意，盡管從電路本身來(lái)說(shuō)它是一個(gè)高輸入阻抗的電路，然而實(shí)際制作成的電路卻有可能難以達(dá)到那樣高的輸入阻抗。

在圖2所示的同相放大電路中，理論上的輸入電流只等于 IC的偏置電流，但實(shí)際上存在著一個(gè)從同相輸入端通過(guò)印制板面流動(dòng)漏電流，這樣就存在一個(gè)比 IC的偏置電流大得多的電流在流動(dòng)。如印制板間的漏電阻為

，通常我們認(rèn)為這一個(gè)值已是經(jīng)相當(dāng)大了。而當(dāng)輸入電壓Vin=1V時(shí)，其漏電流約為1pA,這一數(shù)值卻是IC偏置電流10fA的100倍。

在電路安裝時(shí)最基本的一條是要避免產(chǎn)生這一類(lèi)漏電流。從理想化角度來(lái)講，將容易產(chǎn)生漏電流的電路部分用懸空配線的方法是最好的選擇。如果不能做到這一點(diǎn)。則可使用聚四氟乙烯塑料作為中繼過(guò)渡接點(diǎn)的支點(diǎn)。

另外一種處理方法是用IN一端（反相輸入端）的電路來(lái)包圍IN+端（同相輸入端）的電路，如圖3所示。這樣IN-端和IN+端之間的電位差由于虛擬短路的成立而可以把它看成為0V，于是即使IN+端和IN-端之間存在著漏電阻，漏電流仍可等于零。

另外，還可根據(jù)不同電路來(lái)設(shè)計(jì)不同的的包圍方法，關(guān)鍵是要用同電位的低阻抗電路來(lái)進(jìn)行環(huán)圍。

印制板的材料也是至關(guān)重要的，雖然上面沒(méi)有特別涉及到這一點(diǎn)。但原則上要使用玻璃環(huán)氧為材料制作的印制板。如果使用廉價(jià)的酚醛樹(shù)脂印制板，則將會(huì)使漏電流增加。

2.2輸入電容的補(bǔ)償

當(dāng)輸入電流非常小時(shí)，要有效地利用本運(yùn)放的特性，需將反饋電阻Rf設(shè)置得較大。圖4 所示的電路是將光敏二極管的輸出電流進(jìn)行電壓交換的電路，光敏二極管的結(jié)電容附加在運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間。此時(shí)應(yīng)考濾印制板上寄生電容的影響，我們把這些電容歸結(jié)為 CIN。CIN的存在將會(huì)引起運(yùn)放工作的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)將使電路產(chǎn)生振蕩。

為了消振，可把電容Cf并聯(lián)到Rf上，其容量的選擇應(yīng)滿足Rg為從放大器反相輸入端看出去的信號(hào)源內(nèi)阻。對(duì)反相放大電路來(lái)說(shuō)，信號(hào)源內(nèi)阻和輸入電阻的總和為 Rg，這時(shí)CIN等于反相輸入端與地之間的容量。然而，實(shí)際上Rg和未必能預(yù)先知道，調(diào)試時(shí)可以用試探法來(lái)改變Cf的容量，直到使輸出脈沖不產(chǎn)生上沖和振蕩。Cf過(guò)大雖不會(huì)出現(xiàn)振蕩，但將使波形的上升沿變壞，因此應(yīng)在這一監(jiān)界點(diǎn)附近反復(fù)調(diào)整，直至選擇一個(gè)最佳的Cf 容量。

2．3阻塞問(wèn)題

使用CMOS集成電路時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的原因，電路產(chǎn)生阻塞是一個(gè)令人感到困惑的問(wèn)題。由于某些原因，當(dāng)一個(gè)超過(guò)電源電壓的信號(hào)疊加到輸入端后，即使此后去掉這一疊加電壓，只要沒(méi)有切斷電源，一個(gè)大電流將持續(xù)地在電路中流動(dòng)，而這一電流可能最終導(dǎo)致集成電路的損壞。 為此，當(dāng)輸入、輸出外部引出端將遭受無(wú)法預(yù)料的高電壓或浪涌沖擊時(shí)，有必要串接電阻或加接箝位二極管來(lái)保護(hù)集成電路。串接電阻一般不存在什么問(wèn)題，加接箝位二極管時(shí)由于集成電路的偏置電流非常小，反相電流就不能忽略，因而無(wú)法發(fā)揮本集成電路輸入偏置電流非常小的特點(diǎn)。

3．LMC6062/6082的應(yīng)用電路

3.1高輸入阻抗測(cè)量放大器

測(cè)量放大器通常要求具有較高的輸入阻抗，因此應(yīng)用LMC6062/6082是最合適的。圖5是測(cè)量放大器的一個(gè)實(shí)例，它是最大限度地發(fā)揮了本ICCMOS高輸入阻抗特點(diǎn)的放大器電路，該電路的電壓放大倍數(shù)為 100倍左右。用A1、A2構(gòu)成差動(dòng)輸入/差動(dòng)輸出放大器，由A3將差動(dòng)信號(hào)變換成通常的單端信號(hào)。本電路處在線性放大工作狀態(tài)，當(dāng)正、負(fù)輸入端都加入信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)即 A3的輸出為：

3.2超低頻正弦波振蕩電路

文氏橋振蕩器是正弦波振蕩電路中的一種比較有名的振蕩電路。用普通的運(yùn)算放大器構(gòu)成超低頻振蕩電路時(shí)，如果文氏橋的電阻取得過(guò)大，從減小運(yùn)放偏置角度來(lái)說(shuō)是不理想的，而大容量的電容器由于漏電流等影響也不宜使用。但當(dāng)使用 CMOS輸入電路時(shí)，即使使用較大的電阻也完全不存在什么問(wèn)題。圖6所示為振蕩頻率為0.1Hz的正弦波振蕩電路。

正弦波振蕩電路中的一個(gè)難點(diǎn)是振幅控制電路（從輸出端反饋到反相輸入端的反饋電路）。特別是在這樣一類(lèi)超低頻振蕩的場(chǎng)合，由于通常采用的是二極管整流型電路， 因此其振蕩達(dá)到穩(wěn)定需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間。如果，則振蕩達(dá)到穩(wěn)定將需要幾十秒的時(shí)間，這在實(shí)用上令人無(wú)法容忍。因此，可在某種程度上犧牲一點(diǎn)失真度而采用限幅器電路的形式，這樣由于不接入時(shí)間常數(shù)電路，從而使振蕩即刻就能進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3超低頻有源濾波器

LMC6062/6082的另一位應(yīng)用是利用它的偏置電流非常小的特點(diǎn)，在超低頻范圍內(nèi)引入截止頻率這一概念組成的有源濾波器電路。

圖7是一個(gè)截止頻率等于0.1Hz的低通濾波器電路.從電路結(jié)構(gòu)上來(lái)看,它同以往的某些有源濾波器沒(méi)有什么兩樣 ,所不同的是電阻的阻值大小不一樣。圖中由于使用了以前無(wú)法使用的高阻值電阻，因而不需要選用大容量的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)超低頻的截止頻率。