單通道和四通道18V運(yùn)算放大器AD8614/AD8644：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，運(yùn)算放大器是極為常見(jiàn)且關(guān)鍵的元件。今天，我們要深入探討的是Analog Devices公司的單通道和四通道18V運(yùn)算放大器AD8614/AD8644，了解它的特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品特性

1. 電氣性能

• 帶寬與速率：具備5.5 MHz的單位增益帶寬和7.5 V/μs的壓擺率，能夠快速響應(yīng)信號(hào)變化，適用于對(duì)信號(hào)處理速度要求較高的場(chǎng)合。
• 低失調(diào)電壓：電壓失調(diào)低至1.0 mV，可有效減少信號(hào)處理過(guò)程中的誤差，提高系統(tǒng)的精度。
• 輸出能力：高輸出電流可達(dá)70 mA，能夠?yàn)樨?fù)載提供充足的驅(qū)動(dòng)能力；同時(shí)，每個(gè)放大器的低電源電流僅為800 μA，有利于降低功耗，適合便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)。

2. 電源與負(fù)載適應(yīng)性

• 單電源供電：支持5 V至18 V的單電源供電，電源范圍寬，方便與各種電源系統(tǒng)兼容。
• 電容負(fù)載穩(wěn)定性：能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載，這在許多實(shí)際應(yīng)用中非常重要，例如在驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的電路中，可以避免因負(fù)載電容過(guò)大而導(dǎo)致的不穩(wěn)定問(wèn)題。

3. 輸入輸出特性

• 軌到軌輸入輸出：輸入和輸出均能實(shí)現(xiàn)軌到軌，這意味著在整個(gè)電源電壓范圍內(nèi)都能有效地處理信號(hào)，提供了更大的動(dòng)態(tài)范圍和更好的控制能力。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

1. LCD相關(guān)應(yīng)用

在LCD顯示器中，AD8614/AD8644可用于LCD gamma和VCOM驅(qū)動(dòng)。其高帶寬、低失調(diào)電壓和軌到軌輸出特性，能夠精確地控制LCD的顯示參數(shù)，提高顯示質(zhì)量。

2. 調(diào)制解調(diào)器

在調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)中，該運(yùn)算放大器可用于信號(hào)的放大和處理。其快速的響應(yīng)速度和高輸出電流能力，能夠滿足調(diào)制解調(diào)器對(duì)信號(hào)處理速度和驅(qū)動(dòng)能力的要求。

3. 便攜式儀器

由于其低功耗和寬電源范圍的特性，AD8614/AD8644非常適合用于便攜式儀器。在有限的電源供應(yīng)下，能夠穩(wěn)定地工作，為儀器提供可靠的信號(hào)處理能力。

4. 直接訪問(wèn)裝置

在一些直接訪問(wèn)裝置的設(shè)計(jì)中，該運(yùn)算放大器也能發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確放大和處理。

三、工作原理

AD8614/AD8644采用了Analog Devices公司的高壓、超快速互補(bǔ)雙極（HV XFCB）工藝。這種工藝中的溝槽隔離晶體管降低了內(nèi)部寄生電容，從而改善了增益帶寬、相位裕度和電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

其輸入級(jí)為軌到軌結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)互補(bǔ)差分對(duì)（一個(gè)NPN對(duì)和一個(gè)PNP對(duì)）組成，并通過(guò)兩個(gè)背對(duì)背二極管防止雪崩擊穿。每個(gè)輸入都有一個(gè)1.5 kΩ的電阻，用于在過(guò)壓事件時(shí)限制輸入電流，并提供相位反轉(zhuǎn)保護(hù)。雙折疊共源共柵結(jié)構(gòu)是放大器中增益最大的階段，差分地驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)電路，輸出級(jí)采用兩個(gè)互補(bǔ)共發(fā)射極晶體管，使輸出在10 mA負(fù)載下能夠接近每個(gè)電源軌125 mV。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 輸出短路保護(hù)

為了實(shí)現(xiàn)寬帶寬和高壓擺率，AD8614/AD8644的輸出沒(méi)有內(nèi)置短路保護(hù)。直接將輸出短路到地或電源軌可能會(huì)損壞器件，典型的最大安全輸出電流為70 mA。在需要一定輸出電流保護(hù)的應(yīng)用中，可以在輸出端串聯(lián)一個(gè)低值電阻，但在18 V單電源應(yīng)用中，不建議使用小于261 Ω的電阻。

2. 輸入過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)輸入電壓超過(guò)任一電源電壓時(shí)，需要關(guān)注輸入過(guò)壓特性。AD8614/AD8644每個(gè)輸入串聯(lián)的1.5 kΩ電阻有助于限制電流，但如果過(guò)壓導(dǎo)致電流超過(guò)5 mA，應(yīng)添加外部串聯(lián)電阻。例如，若輸入電壓可能達(dá)到100 V，外部電阻應(yīng)為(100 V ÷ 5 mA) – 1.5 kΩ = 18.5 kΩ。

3. 輸出相位反轉(zhuǎn)

只要輸入電壓限制在電源軌內(nèi)，AD8614/AD8644就不會(huì)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)。但輸入過(guò)壓可能導(dǎo)致大電流，損壞器件，因此在可能出現(xiàn)輸入過(guò)壓的應(yīng)用中，應(yīng)采用過(guò)壓保護(hù)措施。

4. 功率耗散

AD8614/AD8644的最大安全耗散功率受結(jié)溫上升的限制，最大安全結(jié)溫為150°C?？梢允褂霉?T{J}=P{DISS } × theta{I A}+T{A})計(jì)算內(nèi)部結(jié)溫，其中(P{DISS })為功率耗散，(theta{I A})為結(jié)到環(huán)境的封裝熱阻，(T_{A})為環(huán)境溫度。通過(guò)觀察圖27的功率降額曲線，可以判斷器件是否過(guò)熱。

5. 未使用放大器的處理

對(duì)于四通道封裝中未使用的放大器，建議將其配置為單位增益跟隨器，將1 kΩ反饋電阻從反相輸入連接到輸出，并將同相輸入連接到地平面。

6. 電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)

雖然AD8614/AD8644能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載，但隨著電容負(fù)載的增加，放大器帶寬會(huì)下降。在直接驅(qū)動(dòng)重電容負(fù)載時(shí)，可以使用緩沖網(wǎng)絡(luò)（由串聯(lián)的R - C連接到地，與電容負(fù)載并聯(lián)）來(lái)改善瞬態(tài)響應(yīng)。緩沖網(wǎng)絡(luò)的最佳值應(yīng)根據(jù)電容負(fù)載的大小通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

五、封裝與訂購(gòu)信息

AD8614和AD8644提供多種封裝形式，包括5引腳SOT - 23、14引腳TSSOP和14引腳SOIC表面貼裝封裝，并以卷帶形式提供。在訂購(gòu)時(shí)，需要根據(jù)具體的溫度范圍和封裝要求選擇合適的型號(hào)。例如，AD8614ART - R2適用于 - 20°C至 + 85°C的溫度范圍，采用5引腳SOT - 23封裝。

綜上所述，AD8614/AD8644是一款性能優(yōu)異的運(yùn)算放大器，在LCD、調(diào)制解調(diào)器、便攜式儀器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子工程師需要充分考慮其各種特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似運(yùn)算放大器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。