低噪声双运算放大器MC33077：特性、应用与设计要点解析

在电子电路设计中，运算放大器是不可或缺的基本元件。今天我们要深入探讨的是安森美（onsemi）推出的MC33077低噪声双运算放大器，它以其出色的性能在众多应用场景中展现出独特的优势。

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产品概述

MC33077是一款采用创新双极设计技术的精密、高品质、高频、低噪声单片双运算放大器。它运用了精密匹配和独特的模拟电阻微调技术，以获得低输入失调电压。同时，双偶极频率补偿技术的应用提升了放大器的增益带宽积。此外，该放大器还具备低输入噪声电压、低输入失调电压温度系数、高转换速率、高交直流开环电压增益以及低电源电流消耗等优点。其全NPN晶体管输出级无死区交越失真，输出电压摆幅大，具有出色的相位和增益裕度、低开环输出阻抗以及对称的源极和漏极交流频率性能。

产品特性

电气特性

• 低电压噪声：在1.0kHz时，电压噪声低至4.4nV/√Hz，这使得它在对噪声要求苛刻的应用中表现出色，例如音频前置放大器等，能够有效减少噪声干扰，提供清晰的信号。
• 低输入失调电压：仅为0.2mV，有助于提高电路的精度，在精密测量和信号处理等应用中具有重要意义。
• 低输入失调电压温度系数：为2.0μV/°C，保证了在不同温度环境下的稳定性，减少了因温度变化而导致的失调电压漂移。
• 高增益带宽积：在100kHz时可达37MHz，在20kHz时交流电压增益分别为370和1850，能够满足高频信号处理的需求。
• 高转换速率：达到11V/μs，使得放大器能够快速响应输入信号的变化，适用于高速信号处理应用。
• 低总谐波失真：仅为0.007%，能够提供高质量的信号输出，减少信号失真。
• 大输出电压摆幅：范围为+14V至 -14.7V，可满足多种信号幅度的要求。
• 高直流开环电压增益：达到400k（112dB），有助于提高放大器的放大能力。
• 高共模抑制比：为107dB，能够有效抑制共模信号的干扰，提高电路的抗干扰能力。
• 低电源电流消耗：仅为3.5mA，降低了功耗，适合电池供电等对功耗敏感的应用。
• 双电源工作：电源电压范围为±2.5V至±18V，具有较好的灵活性。

封装形式

MC33077提供塑料DIP和SOIC - 8封装（P和D后缀），方便不同的电路设计需求。

应用领域

由于其低噪声、低失调电压、高增益带宽积和大输出摆幅等特性，MC33077非常适合用于高品质前置放大器、仪器放大器、有源滤波器以及其他需要精密质量特性的应用。

• 高品质前置放大器：在音频系统中，低噪声特性能够保证音频信号的纯净度，高增益带宽积则可以确保高频信号的准确放大，从而提供清晰、高质量的音频输出。
• 仪器放大器：在测量仪器中，低输入失调电压和低温度系数能够保证测量的精度，高共模抑制比可以有效抑制外界干扰，提高测量的准确性。
• 有源滤波器：高增益带宽积和良好的频率响应特性使得MC33077能够实现高性能的有源滤波功能，对特定频率的信号进行有效处理。

设计要点

输入电压范围

MC33077的最小共模输入范围是从正电源轨（VCC）以下1.5V到负电源轨（VEE）以上1.5V。虽然在实际应用中，输入电压可以超过VCC约3.0V，低于VEE约0.6V而不会造成永久性损坏，但当输入电压接近电源轨时，失调电压和增益可能会下降。如果任一或两个输入电压小于约0.6V，可能会有过大电流流过，若不加以限制，会对器件造成永久性损坏。

相位反转问题

放大器在输入源电流高达20mA时不会锁存，但为避免对器件参数造成损坏，实际应用中源电流应限制在5.0mA以内。如果两个输入都超过VCC，输出将处于高电平状态，可能会发生相位反转。当一个输入电压在共模范围内，另一个输入电压超过VCC时，不会发生相位反转。而当任一或两个输入电压低于负电源轨以上1.0V时，可能会发生相位反转；若输入电压低于VEE，也会出现相位反转现象。

频率补偿

通过双偶极频率补偿技术，MC33077的增益带宽积相比采用传统单极点补偿的放大器有了显著提升。在固定放大器增益配置下，放大器的相位和增益误差在较高频率下仍能保持较低水平。

输出级设计

全NPN输出级使得放大器在电源轨附近的摆幅损失最小，具有出色的输出摆幅、无交越失真以及改善的输出相位对称性。与传统的PNP和NPN晶体管输出级相比，避免了因PNP和NPN晶体管截止频率不匹配而导致的相位变化问题。

稳定性考虑

在设计电路时，要注意避免在放大器输入处产生接近闭环转折频率的极点。当使用高频放大器时，输入电阻值较小时很容易产生这样的极点，这会严重影响放大器的相位，导致放大器不稳定。因此，应尽量减小有效源电阻与放大器输入电容的作用，以避免在输入处产生这样的极点。如果由于负反馈电阻与放大器输入电容的作用产生了接近闭环转折频率的极点，可以采用超前电容补偿技术（在反馈电阻上并联超前电容）来提高稳定性。

噪声考虑

为了充分利用放大器的低噪声特性，输入源电阻值应尽量低。电阻的热噪声（约翰逊噪声）会影响放大器的噪声性能，因此在低噪声电路应用中，输入源电阻的选择需要认真考虑。放大器在1.0kHz时的总输入参考噪声电压通常仅为4.4nV/√Hz。

输出保护

放大器的任一输出都有电流限制，可防止直接短路到地。但在这种情况下，要确保放大器不超过最大结温额定值。对于±15V电源，任一输出可以连续短路到地而不会超过温度额定值。

总结

MC33077作为一款性能优异的低噪声双运算放大器，在电子电路设计中具有广泛的应用前景。通过深入了解其特性、应用领域和设计要点，电子工程师可以更好地利用这款放大器，设计出高性能、高稳定性的电路。在实际应用中，我们还需要根据具体的需求进行合理的选择和优化，以充分发挥MC33077的优势。你在使用类似运算放大器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。