如何选择和使用集成运放

1.集成运放的选择

通常在设计集成运放应用电路时，需要根据设计需求寻找具有相应性能指标的芯片。一般应根据以下几方面的要求选择运放。

（1）信号源的性质

根据信号源是电压源还是电流源、内阻的大小、输入信号的幅值以及频率变化范围等选择运放的差模输入电阻rid、－3dB带宽（或单位增益带宽）、转换速率SR等指标参数。

（2）负载的性质

根据负载电阻的大小，确定所需运放的输出电压和输出电流的幅值。对于容性负载或感性负载，还要考虑它们对频率参数的影响。

（3）精度要求

对模拟信号的放大、运算等处理，往往提出精度要求；对模拟信号的电压比较等处理，往往提出响应时间、灵敏度等要求。根据这些要求选择运放的开环差模增益Aud、失调电压UIO、失调电流IIO以及转换速率SR等指标参数。

（4）环境条件

根据环境温度的变化范围，可以正确选择运放的失调电压、电流的温漂ΔUIO/ΔT、ΔIIO/ΔT等参数；根据所能提供的电源（如有些情况下只能用干电池）选择运放的电源电压；根据对功耗有无限制，选择运放的功耗，等等。

根据上述分析就可以通过查阅手册等手段选择某一型号的运放，必要时还可以通过各种EDA软件进行仿真，最终确定最满意的芯片。目前，各种专用运放种类繁多，采用它们会大大提高电路的质量。但从性能价格比方面考虑，应尽量采用通用型运放，只有在通用型运放不能满足应用要求时才采用特殊型运放。

2.集成运放参数的测试

当选定集成运放的产品型号后，通常只要查阅有关器件手册即可得到各项参数值，而不必逐个测试。但手册中给出的往往只是典型值，由于材料和制造工艺的分散性，每个运放的实际参数与手册上给定的典型值之间可能存在差异，因此有时仍需对参数进行测试。

在成批生产或其他需要大量使用集成运放的场合，可以考虑使用专门的参数测试仪器进行自动测量。在没有专用测试仪器时，可采用一些简易的电路和方法进行手工测量。如可用万用表测量引脚之间的电阻，检测引脚之间有无短路和断路现象，来判断参数的一致性；也可用万用表估测运放的放大能力。以μA741为例，其引脚排列如图5.3（a）所示。其中2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，7脚接正电源15V，4脚接负电源－15V，6脚为输出端，1脚和5脚之间应接调零电位器。μA741的开环电压增益Aud约为94dB（5×104倍）。

图5.3　μA741参数设置

用万用表估测μA741的放大能力时，需接上±15V电源。万用表拨至50V挡，电路如图5.3（b）所示。测量之前，输入端开路，运放处于截止状态，对于大多数μA741来说，处于正向截止状态，即输出端6脚对负电源4脚的电压约为28V。万用表红表笔接6脚，黑表笔接4脚，可测出此时的截止电压。用手握住螺丝刀的绝缘柄，并用金属杆依次碰触同相输入端和反相输入端，表针若从28V摆到15～20V，即说明运放的增益很高。若表针摆动很小，说明放大能力很差。如果表针不动，就说明内部已损坏。一般用螺丝刀碰触2脚（反相输入端）时，表针摆动较大，而碰触3脚（同相输入端）时，表针摆动较小，这属于正常现象。

少数运放在开环时处于反向截止状态，即6脚对7脚的电压为－28V。此时可将万用表接在6脚和7脚之间，红表笔接7脚，黑表笔接6脚。假如按上述方法用螺丝刀碰2脚时，因输入信号太弱，表针摆动很小，也可以直接用手捏住2脚（或3脚），表针应指在15V左右。这是因为人体感应的50Hz电压较高，一般为几伏至几十伏，所以即使运放的增益很低，输出电压仍接近方波。当然，也可采用交流法测量运放参数。

3.集成运放在使用前必做的工作

（1）辨认集成运放的引脚(www.xing528.com)

目前集成运放的常见封装方式有金属壳封装和双列直插式封装。双列直插式有8、10、12、14、16引脚等种类，虽然它们的引脚排列日趋标准化，但各制造厂仍略有区别。因此，使用运放前必须查阅有关手册，辨认引脚，以便正确连线。

（2）参数测量

使用运放之前往往要用简易测试法判断其好坏，例如用万用表中间挡（“×100Ω”或“×1kΩ”挡，避免电流或电压过大）对照引脚测试有无短路和断路现象。必要时还可采用测试设备测量运放的主要参数。

（3）调零或调整偏置电压

由于失调电压及失调电流的存在，输入为零时输出往往不为零。对于内部无自动稳零措施的运放需外加调零电路，使之在零输入时输出为零。

对于单电源供电的运放，有时还需在输入端加直流偏置电压，设置合适的静态输出电压，以便能放大正、负两个方向的变化信号。

4.集成运放的保护

集成运放在使用中常因以下三种原因被损坏：输入信号过大，使PN结击穿；电源电压极性接反或过高；输出端直接接“地”或接电源，此时，运放将因输出级功耗过大而损坏。因此，为使运放安全工作，也需要从这三个方面进行保护。

（1）输入保护

图5.4（a）所示是防止差模电压过大的保护电路，限制集成运放两个输入端之间的差模输入电压不超过二极管VD1、VD2的正向导通电压。图5.4（b）所示是防止共模电压过大的保护电路，限制集成运放的共模输入电压不超过＋U～－U的范围。

图5.4　输入保护电路

（2）输出保护

图5.5所示为输出端保护电路，限流电阻R与稳压管VZ构成限幅电路。它一方面将负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运放的输出电流；另一方面也限制了输出电压的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的，若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏，使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的性能。

（3）电源端保护

为防止电源极性接反，可利用二极管的单向导电性，在电源端串接二极管来实现保护，如图5.6所示。由图可见，若电源极性接错，则二极管VD1、VD2不能导通，电源被断开。

图5.5　输出保护电路

图5.6　电源端保护