《你好，放大器》之五：2.0版的集成運(yùn)放，有源負(fù)載替代了集電極電阻

最早的第二代集成運(yùn)算放大器LM301
1967年：美國國家半導(dǎo)體公司推出 LM101，改善了許多重要問題，使集成電路運(yùn)算放大器開始流行。

第二代集成運(yùn)算放大器的標(biāo)志是有源負(fù)載替代了集電極電阻，這使得第二代集成運(yùn)算放大器的開環(huán)增益相對第一代集成運(yùn)算放大器有極大的提高。

第二代集成運(yùn)算放大器最早的產(chǎn)品式有現(xiàn)在還在用的LM301。LM301（當(dāng)時軍品型號為LM101）在1967年問世，這是一款除了需要外補(bǔ)償，其它的特性均與第三代集成運(yùn)算放大器基本相同。

與μA709相比，LM301的頻率補(bǔ)償要比μA709簡單得多。

LM301內(nèi)部等效電路如圖。

LM301內(nèi)部等效電路

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由于在集成運(yùn)算放大器中，NPN晶體管的性能優(yōu)于PNP晶體管的性能，在第二代集成運(yùn)算放大器中還是避免過多的使用PNP晶體管。輸出級采用了準(zhǔn)互補(bǔ)發(fā)射極跟隨電路的輸出級。PNP晶體管也僅僅用于輸入級的共射—共基差分放大電路的共基極差分放大電路。因此LM301內(nèi)部等效電路要比第三代通用集成運(yùn)算放大器復(fù)雜。

第二代集成運(yùn)算放大器采用了輸入級、中間放大級、輸出級的三級放大模式，開環(huán)頻率特性曲線穿越0dB時會超過180°，也就是說在單位負(fù)反饋（跟隨器狀態(tài)下）集成運(yùn)算放大器將進(jìn)入不穩(wěn)定的自激震蕩狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使集成運(yùn)算放大器不產(chǎn)生自激振蕩。

由于需要外設(shè)頻率補(bǔ)償電路，使得電子工程師在設(shè)計(jì)電路時感到麻煩，為了簡化電路設(shè)計(jì)，消除頻率補(bǔ)償設(shè)計(jì)的麻煩，從LM741以后的集成運(yùn)算放大器將頻率補(bǔ)償做在集成運(yùn)算放大器內(nèi)部—內(nèi)補(bǔ)償方式。

內(nèi)補(bǔ)償通用型集成運(yùn)算放大器
1968年：飛兆半導(dǎo)體（即前文的仙童）公司推出 μA741，與 LM301 相比，μA741內(nèi)部增加了30pF的頻率補(bǔ)償電容。該產(chǎn)品第二來源眾多，迄今仍然在生產(chǎn)使用，它是有史以來最成功的運(yùn)算放大器，也是極少數(shù)最長壽的IC型號之一。

通用型集成運(yùn)算放大器是應(yīng)用最多、價格最便宜的一類集成運(yùn)算放大器。μA741在1968年問世之后，從外補(bǔ)償?shù)絻?nèi)補(bǔ)償整整經(jīng)歷了3年，而從μA702到LM301僅僅用了2年。這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是綜合性能一般，但是對于一般應(yīng)用足夠用，成為經(jīng)典的集成運(yùn)算放大器。

μA741典型參數(shù)為開環(huán)增益最小值20 000倍，輸入失調(diào)電壓典型值6mV，輸入失調(diào)電流典型值200nA，輸入偏置電流最大值500nA，輸入電阻典型值0.3MΩ。單位增益帶寬低于0.5MHz，輸出電壓擺動速率0.5V/μs。
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與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載

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系列之一：放大器簡史

摘要：運(yùn)算放大器來源于電子線路，與電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。1904年，J.A.Fleming發(fā)明了真正的真空二極管，1906年，Lee De Forest發(fā)明了真空三極管，自此開創(chuàng)了電子技術(shù)時代。K2-W型運(yùn)放是第一批商品化的運(yùn)放……

系列之二： 真空管運(yùn)算放大器的年代

摘要：1930年及后來的30年間，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室利用負(fù)反饋技術(shù)來改善放大器的性能。這導(dǎo)致了真空管運(yùn)算放大器的問世，即應(yīng)用真空管負(fù)反饋放大器構(gòu)成通用的“運(yùn)算放大器”……

系列之三：真空管運(yùn)放的終結(jié)者—晶體管運(yùn)算放大器

摘要：真空管運(yùn)算放大器不僅體積大，而且功耗也很大，如M9型真空管運(yùn)算放大器的最后一級的6L6陽極耗散功率約19W，加上燈絲耗電約6W，6L6上面的損耗可以達(dá)到20W以上，正因?yàn)槿绱?，一旦有了體積小、耗電低的可替代產(chǎn)品，真空管運(yùn)算放大器必將壽終正寢。導(dǎo)致真空管運(yùn)算放大器壽終正寢的的是晶體管和晶體管運(yùn)算放大器……

系列之四：IC時代來了，1.0版的集成運(yùn)算放大器

摘要：真正讓運(yùn)算放大器從陽春白雪，變?yōu)榇蟊娋梢詰?yīng)用的基本電子器件得益于通用型集成運(yùn)算放大器的大量生產(chǎn)……

系列之六：那些技高一籌的集成運(yùn)算放大器（1）

摘要：如果是特殊應(yīng)用，通用型集成運(yùn)算放大器的性能就顯得不夠，需要選用特殊性能的集成運(yùn)算放大器……

系列之七：那些技高一籌的集成運(yùn)放（2）

摘要：書接上回，還有很多特殊性能的集成運(yùn)算放大器以及新型集成運(yùn)算放大器來滿足不同應(yīng)用的特殊需求……

系列之八：集成運(yùn)放的理論挑戰(zhàn)—深度負(fù)反饋惹的禍

摘要：電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中，往往是說負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn)多，負(fù)反饋的缺點(diǎn)卻很少提及，頂多就是深度負(fù)反饋可能會引起自激振蕩。那么在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用集成運(yùn)算放大器受到了哪方面的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所學(xué)的理論的挑戰(zhàn)……

系列之九：為什么還是要集成運(yùn)放—性能，性能

摘要：前面講了集成運(yùn)算放大器和深度負(fù)反饋引入的優(yōu)缺點(diǎn)。似乎集成運(yùn)算放大器并沒有什么優(yōu)勢，深度負(fù)反饋后也不是那么的理想。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，恰當(dāng)選擇集成運(yùn)算放大器和負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器還是極具優(yōu)勢的，這是不容置疑的，除非集成運(yùn)算放大器和負(fù)反饋選擇不恰當(dāng)。那么集成運(yùn)算放大器都具有哪些優(yōu)勢呢……

系列之十：集成運(yùn)放的優(yōu)勢—模擬之母

摘要：集成運(yùn)算放大器可以完成“所有的”模擬電路功能，不管是線性的還是非線性的電路，只要是能想到的幾乎都能實(shí)現(xiàn)……

系列之十一：集成運(yùn)放還有哪些好處？

摘要：在三類城市，集成運(yùn)算放大器可以以0.8元的零售價買到四運(yùn)算放大器（LM324），而小信號雙極型晶體管的零售價至少要0.2元，電阻的單價也要0.02~0.03元，電容器的單價也要0.1元或更高。這樣就可以看到前文曾提到的分立元件構(gòu)成的電路沒有競爭力……