ICL761X–ICL764X：高精度、低功耗運(yùn)算放大器的卓越選擇

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器是不可或缺的基礎(chǔ)元件，其性能優(yōu)劣直接影響到整個(gè)電路的表現(xiàn)。今天，我們就來深入探討一下 Maxim Integrated 推出的 ICL761X–ICL764X 系列單/雙/三/四運(yùn)算放大器，看看它有哪些獨(dú)特之處。

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一、產(chǎn)品概述

ICL761X–ICL764X 系列是采用單片 CMOS 技術(shù)制造的運(yùn)算放大器，它將超低輸入電流與低功耗運(yùn)行特性完美結(jié)合，并且能在較寬的電源電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。每個(gè)放大器的靜態(tài)電流可通過引腳選擇為 10μA、100μA 或 1000μA，電源供電方式靈活，既可以使用 ±1V 至 ±8V 的雙電源，也能采用 2V 至 16V 的單電源。其 CMOS 輸出能夠擺動至接近電源電壓的毫伏范圍內(nèi)，性能十分出色。

該系列運(yùn)算放大器的超低偏置電流僅為 1pA，這使得它在長時(shí)間常數(shù)積分器、皮安計(jì)、低下降率采樣/保持放大器等對輸入偏置和失調(diào)電流要求苛刻的應(yīng)用中表現(xiàn)卓越。同時(shí)，低噪聲電流 0.01pA√Hz 和高達(dá) (10^{12} Omega) 的輸入阻抗，確保了在如 pH 計(jì)和光電二極管放大器等高源阻抗應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)最佳性能。

二、產(chǎn)品特性

2.1 引腳兼容與標(biāo)準(zhǔn)封裝

該系列運(yùn)算放大器具有引腳對引腳的第二源兼容性，并且采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳排列，方便工程師進(jìn)行替換和設(shè)計(jì)。它提供多種封裝形式，如 TO - 99、8 引腳塑料 DIP、14 引腳塑料 DIP、16 引腳塑料 DIP 等，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2.2 超低偏置電流

典型偏置電流僅為 1pA，即使在 +125°C 的高溫環(huán)境下，最大偏置電流也僅為 4nA，這使得它在對輸入偏置電流要求極高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

2.3 寬電源電壓范圍

可在 ±1V 至 ±8V 的寬電源電壓范圍內(nèi)工作，也支持 2V 至 16V 的單電源供電，為工程師提供了更多的電源選擇，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性。

2.4 可編程靜態(tài)電流

每個(gè)放大器的靜態(tài)電流可通過引腳選擇為 10μA、100μA 或 1000μA，工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求靈活調(diào)整，在功耗和性能之間找到最佳平衡點(diǎn)。

2.5 低噪聲與高輸入阻抗

低噪聲電流 0.01pA√Hz 和 (10^{12} Omega) 的輸入阻抗，確保了在高源阻抗應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)最佳性能，有效減少噪聲干擾，提高信號處理的準(zhǔn)確性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 電池供電儀器

由于其低功耗特性，非常適合用于電池供電的儀器設(shè)備，如便攜式測量儀器、醫(yī)療設(shè)備等，能夠有效延長電池續(xù)航時(shí)間。

3.2 低泄漏放大器

超低偏置電流使得它在低泄漏放大器應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠準(zhǔn)確測量微小電流信號，減少泄漏電流對測量結(jié)果的影響。

3.3 長時(shí)間常數(shù)積分器

可用于長時(shí)間常數(shù)積分器，實(shí)現(xiàn)對微弱信號的長時(shí)間積分，在積分過程中保持低誤差，確保積分結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 低頻有源濾波器

在低頻有源濾波器設(shè)計(jì)中，能夠提供穩(wěn)定的增益和良好的頻率響應(yīng)，有效濾除不需要的頻率成分，提高信號質(zhì)量。

3.5 助聽器和麥克風(fēng)放大器

低噪聲和高輸入阻抗特性使其成為助聽器和麥克風(fēng)放大器的理想選擇，能夠清晰地放大聲音信號，減少噪聲干擾，提高音質(zhì)。

3.6 低下降率采樣/保持放大器

在采樣/保持電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)低下降率，準(zhǔn)確保持采樣信號，確保后續(xù)信號處理的準(zhǔn)確性。

3.7 皮安計(jì)

超低偏置電流使得它能夠精確測量皮安級別的電流，在皮安計(jì)設(shè)計(jì)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。

四、電氣特性

4.1 輸入特性

輸入失調(diào)電壓在不同條件下有不同的指標(biāo)，如在 (R{S} ≤ 100kΩ)、(T{A} = +25°C) 時(shí)，ICL76XXA 最大為 2mV，ICL76XXB 最大為 5mV。輸入失調(diào)電流和輸入偏置電流也非常小，典型值分別為 0.5pA 和 1.0pA，在不同溫度范圍內(nèi)也能保持較好的穩(wěn)定性。

4.2 共模特性

共模電壓范圍因型號而異，部分型號如 ICL7612 和 ICL7616 具有擴(kuò)展的共模電壓范圍，能夠適應(yīng)更寬的輸入信號范圍。

4.3 輸出特性

輸出電壓擺幅能夠接近電源電壓，在不同負(fù)載和靜態(tài)電流設(shè)置下，輸出電壓擺幅有所不同，但都能滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

4.4 增益和帶寬特性

大信號電壓增益在不同條件下表現(xiàn)良好，如在 (V{O} = ±4.0V)、(R{L} = 1MΩ)、(I{Q} = 10μA)、(T{A} = +25°C) 時(shí)，ICL76XXA 典型值為 104dB。單位增益帶寬也能滿足不同應(yīng)用的頻率要求，隨著靜態(tài)電流的增加，單位增益帶寬也會相應(yīng)增加。

五、使用注意事項(xiàng)

5.1 靜態(tài)電流選擇

對于單和三運(yùn)算放大器，可通過 IQ 引腳選擇靜態(tài)電流。在具體應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)所需的帶寬和壓擺率選擇最低的 IQ 設(shè)置，以降低功耗。例如，對于對帶寬要求不高的應(yīng)用，可以選擇 10μA 的靜態(tài)電流；而對于需要較高帶寬和壓擺率的應(yīng)用，則可以選擇 100μA 或 1000μA 的靜態(tài)電流。

5.2 輸入失調(diào)調(diào)零

輸入失調(diào)可以通過在 OFFSET 端子之間連接一個(gè) 25kΩ 的電位器，并將滑動端連接到 V+ 來進(jìn)行調(diào)零。但在某些情況下，如較高的 VOS 值和 10μA 的 IQ 時(shí)，調(diào)零可能無法實(shí)現(xiàn)。

5.3 頻率補(bǔ)償

除了 ICL7614 外，ICL7611 和 ICL7621 系列的其他型號都進(jìn)行了內(nèi)部補(bǔ)償，可用于單位增益操作。ICL7614 需要通過在 COMP 和 OUT 引腳之間連接一個(gè)電容進(jìn)行外部補(bǔ)償，電容值可以根據(jù)需要調(diào)整，以增加帶寬和壓擺率。

5.4 輸出負(fù)載考慮

放大器的輸出級約有 70% 的靜態(tài)電流流過，對于 1MΩ、100kΩ 和 10kΩ 的輸出負(fù)載，輸出擺幅可以接近電源軌，此時(shí)輸出級工作在高度線性的 A 類模式，可避免交越失真并最大化電壓增益。但在某些情況下，輸出級也可以工作在 AB 類，以提供更高的輸出電流，但此時(shí)電壓增益會降低，輸出傳輸特性會變?yōu)榉蔷€性。

5.5 PCB 布局

為了充分利用 ICL7611 系列的超低偏置電流特性，需要采用精心的 PCB 布局技術(shù)。輸入引腳應(yīng)被一個(gè)與輸入電位相同的低阻抗走線或保護(hù)環(huán)包圍，以減少泄漏電流的影響。組裝好的電路板應(yīng)仔細(xì)清潔，在高濕度環(huán)境中，最好進(jìn)行 conformal 涂層處理。

六、典型應(yīng)用電路

6.1 長時(shí)間常數(shù)積分器

該系列運(yùn)算放大器可用于設(shè)計(jì)長時(shí)間常數(shù)積分器，如通過合理選擇電阻和電容值，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的積分功能。例如，在輸入電阻 (R_{IN}=10^{11} Omega) 時(shí)，積分器的時(shí)間常數(shù)可達(dá) 100,000s，能夠?qū)斎腚妷哼M(jìn)行長時(shí)間的積分。

6.2 皮安計(jì)

超低偏置電流特性使其非常適合用于皮安計(jì)設(shè)計(jì)，能夠精確測量皮安級別的電流。通過合理設(shè)計(jì)反饋電阻和電容，可以實(shí)現(xiàn)對微弱電流信號的準(zhǔn)確測量。

6.3 60Hz 雙“T”陷波濾波器

ICL7611 的低 1pA 偏置電流允許在 60Hz 陷波頻率下使用小的 540pF 和 270pF 電容器，實(shí)現(xiàn)約 40dB 的 60Hz 抑制，有效濾除 60Hz 干擾信號。

七、總結(jié)

ICL761X–ICL764X 系列運(yùn)算放大器以其超低輸入電流、低功耗、寬電源電壓范圍、可編程靜態(tài)電流等特性，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)出卓越的性能。無論是在電池供電儀器、低泄漏放大器，還是在長時(shí)間常數(shù)積分器、低頻有源濾波器等應(yīng)用中，都能為工程師提供可靠的解決方案。在使用過程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇靜態(tài)電流、進(jìn)行輸入失調(diào)調(diào)零、頻率補(bǔ)償?shù)炔僮?，并注?PCB 布局和輸出負(fù)載等問題，以充分發(fā)揮該系列運(yùn)算放大器的優(yōu)勢。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中有沒有使用過類似的運(yùn)算放大器呢？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。