OP113/OP213/OP413：低噪聲、低漂移單電源運(yùn)算放大器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器是極為關(guān)鍵的基礎(chǔ)元件，其性能優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的OP113/OP213/OP413系列低噪聲、低漂移單電源運(yùn)算放大器，它在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：OP113.pdf

一、核心特性

供電靈活性

該系列放大器支持單電源或雙電源供電，單電源供電范圍為4V至36V，這使得它能適應(yīng)不同的電源配置，滿足多樣化的設(shè)計(jì)需求。在實(shí)際應(yīng)用中，很多系統(tǒng)采用單電源供電，如常見的5V或12V電源，OPx13系列能在這些電源條件下穩(wěn)定工作，為設(shè)計(jì)帶來了極大的便利。

低噪聲與低漂移

噪聲和漂移是衡量運(yùn)算放大器性能的重要指標(biāo)。OPx13系列在這兩方面表現(xiàn)出色，典型噪聲密度僅為4.7 nV/√Hz @ 1 kHz，極低的噪聲有助于提高信號(hào)的分辨率和精度。同時(shí)，其漂移非常低，僅為0.2 μV/°C，這意味著在不同的溫度環(huán)境下，放大器的性能依然穩(wěn)定，減少了因溫度變化帶來的誤差。

寬帶寬與高增益

具有3.4 MHz的寬帶寬，能夠處理高頻信號(hào)，適用于對(duì)信號(hào)帶寬要求較高的應(yīng)用。并且它是單位增益穩(wěn)定的，增益帶寬積典型值為3.4 MHz，壓擺率超過1 V/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。

輸入輸出特性良好

輸入失調(diào)電壓低至100 μV，輸入共模范圍在整個(gè)電源范圍內(nèi)包括負(fù)電源，且接近正電源1V以內(nèi)。輸出電壓擺幅也能覆蓋負(fù)電源，接近正電源軌1V以內(nèi)，輸出能夠在其范圍內(nèi)吸收和提供電流，在600 Ω負(fù)載下有明確的性能指標(biāo)。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

測量與檢測

在數(shù)字秤和應(yīng)變計(jì)應(yīng)用中，OPx13系列的低噪聲和低漂移特性能夠顯著提高測量的精度和穩(wěn)定性。它可以作為傳感器信號(hào)的放大器，將微弱的傳感器信號(hào)進(jìn)行放大，同時(shí)減少噪聲和漂移對(duì)測量結(jié)果的影響。

多媒體設(shè)備

在多媒體系統(tǒng)中，如音頻處理、耳機(jī)放大器、麥克風(fēng)放大器等，低噪聲是保證音質(zhì)的關(guān)鍵。OPx13系列能夠?yàn)檫@些設(shè)備提供低噪聲的放大功能，確保音頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸和處理。

電池供電儀器

對(duì)于電池供電的儀器，需要放大器具有低功耗和良好的性能。OPx13系列在單電源供電下能夠保持低噪聲和高精度性能，有效延長電池的使用壽命，同時(shí)滿足儀器對(duì)測量精度的要求。

溫度傳感器放大器

在溫度測量領(lǐng)域，能夠精確地放大溫度傳感器的輸出信號(hào)，其低漂移特性可以減少因溫度變化引起的測量誤差，提高溫度測量的準(zhǔn)確性。

三、電氣特性詳解

不同電源條件下的參數(shù)

文檔中詳細(xì)給出了在(V{S}= pm 15.0 V)和(V{S}=5.0 V)兩種電源條件下的電氣特性參數(shù)。例如，在(V{S}= pm 15.0 V)、(T{A}=25^{circ} C)時(shí)，輸入失調(diào)電壓(V{os})的典型值為75 μV至225 μV，共模抑制比在(-15Vleq V{CM}leq +14V)時(shí)可達(dá)100 dB至116 dB。在(V{S}=5.0 V)、(T{A}=25^{circ} C)時(shí)，不同型號(hào)的輸入失調(diào)電壓也有明確的范圍，如OP113在(-40^{circ} C leq T_{A} leq +85^{circ} C)時(shí)為125 μV至250 μV。

音頻性能

音頻性能方面，總諧波失真加噪聲（THD + Noise）在(V{IN}=3V{rms})、(R_{L}=2kOmega)、(f = 1 kHz)時(shí)典型值為0.0009%，電壓噪聲密度在不同頻率下也有相應(yīng)的指標(biāo)，如(f = 10 Hz)時(shí)為9 nV/√Hz，(f = 1 kHz)時(shí)為4.7 nV/√Hz。

動(dòng)態(tài)性能

動(dòng)態(tài)性能上，壓擺率在(R_{L}=2kOmega)時(shí)為0.6 V/μs至1.2 V/μs，增益帶寬積為3.4 MHz至3.5 MHz，建立時(shí)間根據(jù)不同的條件有相應(yīng)的數(shù)值。

四、引腳配置與封裝

OP113采用8引腳窄體SOIC_N封裝，OP213有8引腳窄體SOIC_N和8引腳PDIP兩種封裝形式，OP413則采用16引腳寬體SOIC_W封裝。不同的封裝形式適用于不同的應(yīng)用場景和安裝需求，工程師可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

五、典型應(yīng)用電路

高精度工業(yè)稱重傳感器放大器

利用OPx13系列可以構(gòu)建高精度的工業(yè)稱重傳感器放大器。其低噪聲特性能夠提高信號(hào)分辨率，允許稱重傳感器在較小的輸出范圍內(nèi)工作，從而減少非線性誤差。通過合理配置電阻，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)共模信號(hào)的有效抑制。

低電壓單電源應(yīng)變計(jì)放大器

在單電源5V供電的情況下，OPx13系列能夠準(zhǔn)確地放大應(yīng)變計(jì)電橋的信號(hào)。配合其他元件，如OP295放大器，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電橋電壓，提高電橋輸出信號(hào)的幅度，同時(shí)不增加電橋輸入的功耗。

高精度線性化RTD溫度計(jì)放大器

對(duì)于電阻溫度傳感器（RTD）的放大，通過特定的電路設(shè)計(jì)，如將電橋的左右兩側(cè)分別伺服到虛擬地電壓和0V，可以消除放大器因共模電壓變化產(chǎn)生的誤差。利用正反饋將輸出電壓的一部分反饋到RTD，可以實(shí)現(xiàn)RTD的線性化，使放大器輸出與RTD溫度呈線性關(guān)系。

高精度熱電偶放大器

在熱電偶測量中，OPx13系列的低噪聲特性使得溫度測量分辨率能夠達(dá)到優(yōu)于0.02°C，在0°C至1000°C的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度測量。通過使用廉價(jià)的硅二極管進(jìn)行冷端補(bǔ)償，可以有效校正冷端誤差。

超低噪聲單電源儀表放大器

使用OPx13系列可以構(gòu)建超低噪聲的單電源儀表放大器。選用高精度、低漂移的電阻可以提高共模抑制比，使放大器在單電源供電下依然能夠保持良好的性能。

電源分路器電路

OPx13系列可作為理想的偽地參考發(fā)生器，其良好的頻率響應(yīng)特性使其能夠作為電壓跟隨器緩沖器。通過驅(qū)動(dòng)大電容作為電荷存儲(chǔ)庫，可以減少瞬態(tài)負(fù)載變化的影響，同時(shí)在高頻下提供低阻抗輸出。

低噪聲電壓基準(zhǔn)

作為兩極有源濾波器，OPx13系列可以對(duì)2.5V參考電壓的噪聲進(jìn)行帶限處理，總噪聲僅為3 μV p-p，為系統(tǒng)提供低噪聲的電壓基準(zhǔn)。

5V僅立體聲DAC多媒體應(yīng)用

在多媒體系統(tǒng)的立體聲DAC音頻再現(xiàn)或聲音合成應(yīng)用中，OPx13系列的低噪聲和單電源供電能力能夠很好地滿足需求。它可以保持AD1868等DAC的18位動(dòng)態(tài)范圍，為用戶提供高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)。

低電壓耳機(jī)放大器

對(duì)于AD1849等16位立體聲編解碼器設(shè)備的耳機(jī)輸出放大器，OPx13系列可以利用其內(nèi)部產(chǎn)生的共模電壓作為偽參考電壓，為耳機(jī)輸出放大器提供方便的偏置。

低噪聲多媒體麥克風(fēng)放大器

作為低噪聲麥克風(fēng)前置放大器，OPx13系列適用于低電壓音頻應(yīng)用。在AD1849 16位立體聲編解碼器芯片的應(yīng)用中，其共模輸出緩沖器可以作為麥克風(fēng)的幻象電源驅(qū)動(dòng)器。

精密電壓比較器

由于其PNP輸入和0V共模能力，OPx13系列可以作為有用的電壓比較器。與標(biāo)準(zhǔn)的IC比較器相比，雖然速度略有損失，但在電壓精度方面具有顯著優(yōu)勢，如失調(diào)電壓(V_{os})可以低至幾百微伏甚至更小，共模抑制比和電源抑制比超過100 dB。

六、使用注意事項(xiàng)

相位反轉(zhuǎn)保護(hù)

只要兩個(gè)輸入都在電源范圍內(nèi)，OPx13系列就可以防止相位反轉(zhuǎn)。但如果輸入有可能低于負(fù)電源（單電源情況下為地），則應(yīng)使用串聯(lián)電阻來限制輸入電流至2 mA，以保護(hù)放大器。

OP113失調(diào)調(diào)整

OP113具有外部失調(diào)調(diào)整功能，通過使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的配置，將1引腳和5引腳與總電阻為10 kΩ的電位器配合使用，電位器的滑動(dòng)端連接到V?（單電源應(yīng)用中為地）。使用這種配置，總調(diào)整范圍約為±2 mV。但需要注意的是，將失調(diào)調(diào)整到0對(duì)失調(diào)漂移影響較小（假設(shè)電位器的溫度系數(shù)小于1000 ppm/°C），而偏離0調(diào)整會(huì)導(dǎo)致每毫伏感應(yīng)失調(diào)產(chǎn)生約3.3 μV/°C的溫度系數(shù)。因此，一般不建議使用這種調(diào)整來補(bǔ)償OP113外部產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。如果需要調(diào)整，將調(diào)整電位器減小到2 kΩ可以得到更合理的±400 μV調(diào)整范圍。

ESD防護(hù)

該系列產(chǎn)品是靜電放電（ESD）敏感設(shè)備，盡管具有專利或?qū)Ｓ?a href="http://m.brongaenegriffin.com/tags/保護(hù)電路/" target="_blank">保護(hù)電路，但高能量ESD仍可能對(duì)器件造成損壞。因此，在使用過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，以避免性能下降或功能喪失。

OP113/OP213/OP413系列運(yùn)算放大器憑借其低噪聲、低漂移、寬帶寬等優(yōu)異特性，以及豐富的應(yīng)用電路和靈活的供電方式，在眾多電子應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路要求，合理選擇和使用該系列放大器，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時(shí)，要注意使用過程中的各種注意事項(xiàng)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似放大器的一些特殊問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。