ICL761X–ICL764X 單/雙/三/四運(yùn)算放大器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器是一種極為關(guān)鍵的基礎(chǔ)元件，廣泛應(yīng)用于各種電路設(shè)計(jì)中。今天，我們要深入探討的是 Maxim Integrated 推出的 ICL761X–ICL764X 系列單/雙/三/四運(yùn)算放大器，它具有諸多獨(dú)特的特性和廣泛的應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

ICL761X–ICL764X 系列是一系列采用單片 CMOS 技術(shù)的運(yùn)算放大器，將超低輸入電流與寬電源電壓范圍內(nèi)的低功耗運(yùn)行特性完美結(jié)合。該系列放大器每個(gè)放大器的靜態(tài)電流可通過引腳選擇為 10μA、100μA 或 1000μA，能在 ±1V 至 ±8V 的雙電源或 2V 至 16V 的單電源下穩(wěn)定工作。其 CMOS 輸出能夠擺動(dòng)至接近電源電壓的幾毫伏范圍內(nèi)，超低的 1pA 偏置電流使其成為長時(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(duì)輸入偏置和失調(diào)電流要求苛刻的應(yīng)用的理想選擇。同時(shí)，0.01pA√Hz 的低噪聲電流和 (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)用中的最佳性能。

二、主要特性

2.1 低偏置電流

典型偏置電流僅為 1pA，在 +125°C 時(shí)最大為 4nA，能有效降低輸入偏置電流對(duì)電路性能的影響，適用于對(duì)電流精度要求極高的應(yīng)用場景。

2.2 寬電源電壓范圍

支持 ±1V 至 ±8V 的寬電源電壓范圍，以及 2V 至 16V 的單電源供電，為不同的電源設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

2.3 可編程靜態(tài)電流

單和三放大器可通過引腳選擇 10μA、100μA 或 1000μA 的靜態(tài)電流，而雙和四放大器則具有固定的靜態(tài)電流設(shè)置。隨著靜態(tài)電流的增加，單位增益帶寬和壓擺率也會(huì)相應(yīng)提高，輸出灌電流能力增強(qiáng)，但輸出源電流能力與靜態(tài)電流無關(guān)。

2.4 輸入失調(diào)調(diào)零

可通過在 OFFSET 端子之間連接一個(gè) 25kΩ 的電位器，并將滑動(dòng)端連接到 V+ 來實(shí)現(xiàn)輸入失調(diào)調(diào)零。不過，在 10μA 的靜態(tài)電流和較高的 VOS 值時(shí)，調(diào)零可能無法實(shí)現(xiàn)。

2.5 頻率補(bǔ)償

除 ICL7614 外，ICL7611 和 ICL7621 系列的其他型號(hào)均為內(nèi)部補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)單位增益操作。ICL7614 需通過連接在 COMP 和 OUT 引腳之間的電容進(jìn)行外部補(bǔ)償，電容值可適當(dāng)減小以增加帶寬和壓擺率。ICL7132 無補(bǔ)償功能，使用時(shí)需根據(jù)不同的靜態(tài)電流設(shè)置選擇合適的增益。

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，可有效延長電池續(xù)航時(shí)間。

3.2 低泄漏放大器

超低的偏置電流使其成為低泄漏放大器的理想選擇，能確保信號(hào)的準(zhǔn)確放大。

3.3 長時(shí)間常數(shù)積分器

憑借超低的偏置電流和良好的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間常數(shù)的積分運(yùn)算。

3.4 低頻有源濾波器

在低頻信號(hào)處理中，能夠提供穩(wěn)定的放大和濾波性能。

3.5 助聽器和麥克風(fēng)放大器

低噪聲和低功耗的特點(diǎn)使其適用于對(duì)音質(zhì)和功耗要求較高的助聽器和麥克風(fēng)放大器。

3.6 低下降率采樣/保持放大器

超低的偏置電流可有效降低采樣/保持過程中的下降率，提高采樣精度。

3.7 皮安計(jì)

能夠精確測量皮安級(jí)別的微小電流。

四、電氣特性

4.1 單/雙放大器電氣特性

在不同的電源電壓和靜態(tài)電流設(shè)置下，對(duì)輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流、共模電壓范圍、輸出電壓擺幅、大信號(hào)電壓增益、單位增益帶寬等參數(shù)都有詳細(xì)的規(guī)定。例如，在 (V{SUPP }= pm 1.0 ~V) ，(I{Q}=10 mu A) ，(T_{A}=+25^{circ} C) 的條件下，輸入失調(diào)電壓典型值為 2mV（ICL76XXA）和 5mV（ICL76XXB）。

4.2 三/四放大器電氣特性

同樣在不同條件下對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，其特性與單/雙放大器有一定的相似性，但也存在一些差異。例如，在 (V{SUPP }= pm 5.0 ~V) ，(T{A}=+25^{circ} C) 的條件下，輸入失調(diào)電壓的典型值和范圍與單/雙放大器有所不同。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 靜態(tài)電流選擇

應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，選擇能提供足夠帶寬和壓擺率的最低靜態(tài)電流設(shè)置，以降低功耗。

5.2 輸入失調(diào)調(diào)零

在進(jìn)行輸入失調(diào)調(diào)零時(shí)，需注意靜態(tài)電流和 VOS 值對(duì)調(diào)零的影響。

5.3 頻率補(bǔ)償

對(duì)于需要外部補(bǔ)償?shù)男吞?hào)，合理選擇補(bǔ)償電容值，以平衡帶寬和壓擺率。

5.4 輸出負(fù)載考慮

輸出負(fù)載應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的阻值，以確保輸出擺動(dòng)接近電源軌，并避免交叉失真。同時(shí)，要注意避免使用大于 100pF 的電容性負(fù)載和在 1mA 靜態(tài)電流設(shè)置下小于 5kΩ 的負(fù)載。

5.5 PC 板布局

為充分利用其超低偏置電流特性，PC 板布局時(shí)應(yīng)在輸入周圍設(shè)置低阻抗走線或保護(hù)環(huán)，并確保組裝后的電路板清潔干凈，在高濕度環(huán)境下可進(jìn)行 conformal 涂層處理。

5.6 單電源和低電壓操作

單電源操作時(shí)，可根據(jù)不同的靜態(tài)電流設(shè)置選擇合適的共模電壓范圍。在 (V{SUPP }= pm 1.0 ~V) 的低電壓操作時(shí)，僅在 (I{Q}=10 mu A) 時(shí)能保證正常工作，且負(fù)載電阻 (R_{L} geq 1MΩ) 時(shí)可實(shí)現(xiàn)接近電源軌的輸出擺動(dòng)。

六、總結(jié)

ICL761X–ICL764X 系列運(yùn)算放大器以其超低輸入電流、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)域展現(xiàn)出了卓越的性能。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，需充分了解其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇和應(yīng)用該系列放大器，以實(shí)現(xiàn)最佳的電路性能。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似運(yùn)算放大器的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。