精密低功耗單電源JFET放大器AD8625/AD8626/AD8627：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點(diǎn)

在電子設(shè)計領(lǐng)域，放大器是不可或缺的關(guān)鍵元件。今天要給大家詳細(xì)介紹的是Analog Devices公司的精密低功耗單電源JFET放大器AD8625/AD8626/AD8627，它們在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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一、產(chǎn)品特性

1. 電氣特性

• 低輸入偏置電流：在室溫下，最大輸入偏置電流僅為1 pA，這使得它在對輸入電流要求極高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。在工業(yè)溫度范圍（ -40°C 至 +85°C）內(nèi)，輸入偏置電流也能保持在較低水平，如在 ±13V 電源電壓下，最大為 60 pA。
• 寬電源電壓范圍：支持單電源操作（5 V 至 26 V）和雙電源操作（±2.5 V 至 ±13 V），為不同的電源設(shè)計提供了靈活性。
• 軌到軌輸出：輸出電壓能夠接近電源軌，提供了最大的動態(tài)范圍，適用于需要高輸出擺幅的應(yīng)用。
• 低功耗：每個放大器的典型供電電流僅為 630 μA，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)最大為 800 μA，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 低失調(diào)電壓：最大失調(diào)電壓為 500 μV，并且失調(diào)電壓漂移較小，在 -40°C 至 +85°C 范圍內(nèi)最大為 2.5 μV/°C，保證了放大器的高精度。
• 高增益帶寬積：增益帶寬積達(dá)到 5 MHz，適用于需要處理高頻信號的應(yīng)用。

2. 封裝形式

• AD8627：提供 5 引腳 SC70 和 8 引腳 SOIC 表面貼裝封裝，其中 SC70 封裝的器件僅提供卷帶包裝。
• AD8626：有 MSOP 和 SOIC 封裝可供選擇。
• AD8625：提供 TSSOP 和 SOIC 封裝。

二、典型性能特性

1. 輸入特性

• 輸入失調(diào)電壓：從典型性能曲線可以看出，輸入失調(diào)電壓在不同電源電壓和溫度條件下分布較為集中，這表明該放大器的失調(diào)電壓穩(wěn)定性較好。
• 輸入偏置電流與共模電壓的關(guān)系：輸入偏置電流受共模電壓的影響較小，在較寬的共模電壓范圍內(nèi)能夠保持穩(wěn)定。

2. 輸出特性

• 輸出飽和電壓與負(fù)載電流的關(guān)系：隨著負(fù)載電流的增加，輸出飽和電壓會有所下降，但在一定的負(fù)載電流范圍內(nèi)，輸出電壓仍能保持在較高的水平，滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
• 輸出阻抗與頻率的關(guān)系：輸出阻抗在不同頻率下的變化較小，這有助于提高放大器的驅(qū)動能力和穩(wěn)定性。

3. 動態(tài)性能

• 開環(huán)增益和相位裕度：開環(huán)增益在較寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的值，并且相位裕度為 60°，保證了放大器的穩(wěn)定性。
• 壓擺率：壓擺率為 5 V/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號的變化，適用于處理高速信號。

4. 噪聲性能

• 電壓噪聲：在 0.1 Hz 至 10 Hz 頻率范圍內(nèi)，電壓噪聲峰 - 峰值為 1.9 μV p-p，噪聲密度在 1 kHz 時為 0.4 nV/√Hz，表現(xiàn)出良好的噪聲性能。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 光電二極管放大器

由于其低輸入電流、低失調(diào)電壓和低電壓噪聲的特性，AD862x 非常適合用于光電二極管前置放大器。在典型的光伏前置放大器電路中，能夠有效降低輸出電壓誤差，提高信噪比。例如，在一個信號帶寬為 30 kHz 的電路中，SNR 值可達(dá) 95 dB。

2. 自動測試設(shè)備（ATE）

在 ATE 中，需要高精度的放大器來處理各種測試信號。AD862x 的高增益帶寬積、低失調(diào)電壓和低輸入偏置電流能夠滿足 ATE 對信號處理的要求，可作為參考電平驅(qū)動器等。

3. 儀器儀表

無論是線供電還是電池供電的儀器儀表，AD862x 的低功耗和寬電源電壓范圍都使其成為理想的選擇。它可以用于信號調(diào)理、緩沖等功能，提高儀器儀表的性能。

4. 工業(yè)控制

在工業(yè)控制領(lǐng)域，對放大器的可靠性和穩(wěn)定性要求較高。AD862x 能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，并且具有軌到軌輸出和低失調(diào)電壓的特性，可用于傳感器信號處理、控制信號放大等。

5. 汽車傳感器

汽車傳感器需要在惡劣的環(huán)境條件下工作，AD862x 的工業(yè)溫度范圍（ -40°C 至 +85°C）和低功耗特性使其能夠滿足汽車傳感器的要求，可用于處理各種傳感器信號。

6. 精密濾波器

5 MHz 的帶寬和低失調(diào)電壓使其非常適合用于精密濾波器的設(shè)計。例如，在一個 10 Hz、8 極點(diǎn) Sallen Key 低通濾波器中，能夠有效減少噪聲貢獻(xiàn)，提高濾波器的性能。

四、設(shè)計要點(diǎn)

1. 最小化輸入電流

• 控制溫度：放大器的輸入電流會隨著結(jié)溫的升高而增加，因此應(yīng)盡量降低放大器的工作溫度。可以通過降低電源電壓來減少芯片的功耗，從而降低芯片溫度。同時，建議保持最小負(fù)載電阻為 1 kΩ，以避免重負(fù)載導(dǎo)致芯片溫度升高。
• PCB 布局：在 PCB 設(shè)計中，要特別注意減少寄生電流的影響。由于電路板和放大器封裝都有有限的電阻，輸入引腳與其他引腳之間的電壓差以及 PCB 板上的金屬走線可能會導(dǎo)致寄生電流大于放大器的輸入電流。因此，需要采取特殊的預(yù)防措施，如對輸入線進(jìn)行保護(hù)和保持足夠的絕緣電阻?？梢詤⒖?ADI 網(wǎng)站上的 PCB 布局研討會材料，以確保獲得最佳的設(shè)計效果。

2. 避免相位反轉(zhuǎn)

當(dāng)輸入信號接近正電源軌時，放大器可能會出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)的問題。為了避免這種情況，可以在 AD862x 的同相輸入端串聯(lián)一個電阻。當(dāng)輸入電壓可能超過正電源 300 mV 以上，或者在 ±V_SY = 0 時施加輸入電壓，這個電流限制電阻可以防止相位反轉(zhuǎn)，但會略微增加輸入電壓噪聲。一個 10 kΩ 的電阻可以使放大器承受高達(dá) 10 V 的連續(xù)過電壓，同時對輸入電壓噪聲的影響可以忽略不計。

五、總結(jié)

AD8625/AD8626/AD8627 是一款性能卓越的精密低功耗單電源 JFET 放大器，具有低輸入偏置電流、寬電源電壓范圍、軌到軌輸出、低功耗、低失調(diào)電壓等優(yōu)點(diǎn)。在光電二極管放大器、ATE、儀器儀表、工業(yè)控制、汽車傳感器和精密濾波器等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計過程中，需要注意最小化輸入電流和避免相位反轉(zhuǎn)等問題，以充分發(fā)揮該放大器的性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否也遇到過類似放大器的設(shè)計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。