适用于便携式的运算放大器

方佩敏

编者按：表面贴装技术(SMT)的发展促使表面贴装元器件(SMD)的发展。特别是便携式的神速发展，更促进贴片式器件的改进，不仅仅是不断地减小体积、重量，并且也提高了性能。在 这种形势下，在开发新产品时不得不从习惯的穿孔式元器件改换成贴片式元器件。维修技术人员在维修各种家用电器、仪器、仪表时也会碰到各种贴片式器件。为了适应这个发展的需要，本刊将陆续介绍各种通用贴片式器件及其应用电路。

这些通用的贴片式器件可代换老的穿孔式DIP封装器件，更适合设计用于便携式电子产品。

近年来，为了满足新颖便携式电子产品的需要，开发出工作电压低、耗电省、封装尺寸小、 性能好的各类贴片式集成电路。本文介绍两款适用于便携式的运算放大器LMC7101(单运放) 和MC33202(双运放)。

LMC7101简介

LMC7101是高性能CMOS运算放大器，它是为缩小尺寸及减轻重量而设计的。它具有输入和输 出可接近电源电压(即输入和输出满幅值)、开环增益高及工作电流低等性能。其主要特点：

工作电压低，最低为2.7V；工作电压范围为2.7～15.5V；在5V时工作电流典型值为0.5mA；失真小，在5V时THD典型值为0.01%；增益带宽为1.0MHz；输入共模电压范围从V-到V+；小尺寸贴片式SOT-23-5封装；工作温度范围为-40～+85℃。

LMC7101的管脚排列如图1所示。该运放主要应用于移动通信、笔记本电脑及PDA、电池供电的电子产品、仪器及仪表、便携式音频装置及传感器接口电路等。

MC33202简介

MC33202是双运放。其主要特点：工作电压低，最低可达1.8V；工作电压范围从1.8V到12V； 输入和输出满幅值(输出电压与电源的电压差小于50mV，输入电压范围从V-到V+)；工作电流低，典型值为0.9mA/每一运放；在过驱动输入信号时，输出端无相位反转；输出电流大，典型值为80mA；工作温度范围为-40～+150℃。

MC33202为贴片式SO-8封装，它的管脚排列如图2所示。该运放除了上述特点外，并且具有噪 声低、失真低、转换速度(压摆率)高及驱动能力大的性能，是音频应用中较理想的放大器；它也适用于便携式仪器、仪表等方面的应用。

主要参数性能

LMC7101及MC33202的主要参数性能如附表所示。

一般的运算放大器输出电压不能到电源电压V+，要比V+小0.8～1.5V左右。对工作电压低的 情况，输出电压就很小了。笔者用CA3140、LM324(用其中一个运放)及LMC7101三种单电源运放作了一个电压跟随电路试验，其试验电路如图3所示(图中仅画出LMC7101的电路，其它运 放电路相同)。工作电压V+=3V，输入电压从0开始，旋转电位器使输入电压增加，用数字电 压表测输入电压及输出电压，试验的结果如下：CA3140的输入电压到0.70V 以后输出就饱和了；LM324的输入电压到1.7V以后输出就饱和了；LMC7101到2.98V后才饱和，其试验结果可用图4来表达。

如果输入信号是正弦波信号，采用了如图5右边的单电源交流放大电路。则用上述三种运放，其输出不削顶的Vout(p-p)值分别约为0.7V、1.7V及2.98V，如图5左边的输出波形图。

由上述的结果可知，在低工作电压时，要获得较大的输出电压，只有采用LMC7101才能获得 接近电源电压幅值的输出电压。

应用电路

1.双通道采样保持电路

双通道采样保持电路如图6所示，它由二选一模拟开关与双运放MC33202等组成。运放接成电压跟随器，由微处理器(μP)来控制模拟开关分时将第1通道(CH1)的信号电压及第2通道(CH2) 的信号电压输入μP。虽然工作电压仅3V，但采样电压可接近3V。

2.双运放组成的仪器放大器电路

图7是一种由双运放组成的仪器放大器电路。输出电压Vout与Vin1、Vin2的关系为：Vout=(Vin2-Vin1)〔1+1/2(R2/ R1+R3/R4)+(R2+R3)/R5〕R4/R3，

即增益Av=R4/R3〔1+1/2(R2/R1+R3/R4)+（R2+R3）/R5〕。一般在设计中常采用R1=R4,R2=R3,R1=10R2，则 Av可简化成：

Av=1+R1/R2+2R1/R5 =11+2 R1/ R5。

R5用作增益调整电阻，可改变放大器的增益大小。该放大器有很高的输入阻抗。

图8是一个温度测量电路。它由二极管作温度传感器，其灵敏度约为-2mV/℃(其负号表示增加1℃时，其VF减小2mV左右)。由R6、VD、R7、RP1 组成测量电路，其中RP1为调零用。温度测量范围为0～+50℃，要求输出电压0～2V。放大器采用双运放组成的仪器放大器，工作电压为+3V，采用MC33202双运放可满足电路的需要。

电路中R1=R4=10kΩ，R2=R3=1kΩ，R5采用5kΩ电位器来调整增益(因为二极管的灵敏度有一定的离散性)。增盖的计算如下：设温度传感器的灵敏度为-2mV/℃,则0～50℃时，二极管的VF变化为2mV/℃×50℃=100mV,输出电压要求2V，则放大器的增益Av=2000mV/100mV=20；R5=2R1/(Av-11)=20kΩ/(20-11)=2.22kΩ。

增益可用5kΩ电位器来调整，电位器也可在调整后换上电阻。

在0℃时，调整RP1，使VOUT=0V；在50℃时，调R5，使输出电压VOUT=2.0V。反复调整几次即可满足要求。