探索MC33171/72/74、NCV33172/74系列运算放大器的卓越性能

在电子工程领域，运算放大器作为基础且关键的器件，广泛应用于各类电路设计中。今天我们要深入探讨的是ON Semiconductor推出的MC33171/72/74、NCV33172/74系列运算放大器，它凭借独特的设计和出色的性能，在众多同类产品中脱颖而出。

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产品概述

MC33171/72/74、NCV33172/74系列采用了优质的双极制造工艺与创新的设计理念。该系列放大器每个放大器的工作电流仅为180μA，却能提供1.8MHz的增益带宽积和2.1V/μs的压摆率，且无需使用JFET器件技术。它既可以采用双电源供电，也特别适合单电源工作，因为其共模输入电压范围包含地电位（$V_{EE}$）。此外，该系列采用达林顿输入级，具有高输入电阻、低输入失调电压和高增益的特点；全NPN输出级则无死区交越失真，输出电压摆幅大，具备高电容驱动能力、出色的相位和增益裕度、低开环高频输出阻抗以及对称的源/灌交流频率响应。
 

原理图

产品特性

电气特性

• 低电源电流：每个放大器仅需180μA的电源电流，非常适合低功耗应用。
• 宽电源工作范围：支持3.0V至44V的单电源供电，或±1.5V至±22V的双电源供电，为不同的电路设计提供了灵活性。
• 宽输入共模范围：输入共模电压范围包含地电位，可实现低至3.0V的单电源工作。
• 高带宽和压摆率：拥有1.8MHz的带宽和2.1V/μs的压摆率，能够满足高速信号处理的需求。
• 低输入失调电压：典型值为2.0mV，确保了精确的信号放大。
• 大输出电压摆幅：在±15V电源供电时，输出电压摆幅可达 - 14.2V至 + 14.2V。
• 高电容驱动能力：能够驱动0pF至500pF的电容负载，适应不同的负载需求。
• 低总谐波失真：总谐波失真仅为0.03%，保证了信号的高质量放大。
• 出色的相位和增益裕度：相位裕度为60°，增益裕度为15dB，确保了电路的稳定性。
• 输出短路保护：具备输出短路保护功能，增强了产品的可靠性。
• ESD保护：双运放和四运放型号的输入采用ESD二极管保护，提高了抗静电能力。

其他特性

• 汽车级应用：NCV前缀的型号适用于汽车及其他有特殊场地和控制变更要求的应用，且通过了AEC - Q100认证，具备PPAP能力。
• 环保设计：该系列产品无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合RoHS标准。

产品参数

最大额定值

额定值	符号	值	单位
电源电压	$V{CC}/V{EE}$	±22	V
输入差分电压范围	$V_{IDR}$	-	V
输入电压范围	$V_{IR}$	-	V
输出短路持续时间	$t_{SC}$	无限	s
工作环境温度范围	$T_{A}$	-	°C
工作结温	$T_{J}$	+150	°C
存储温度范围	$T_{stg}$	-65至 + 150	°C

直流电气特性

在$V{CC}= + 15V$，$V{EE}= - 15V$，$R{L}$接地，$T{A}= + 25°C$的条件下，部分直流电气特性参数如下：	特性	符号	最小值	典型值	最大值	单位
输入失调电压	$V_{IO}$	-	2.0	4.5	mV
输入偏置电流	$I_{IB}$	-	20	200	nA
输入失调电流	$I_{IO}$	-	5.0	40	nA
大信号电压增益	$A_{VOL}$	25	500	-	V/mV
输出电压摆幅	$V_{OH}$	-	-	-	V
	$V_{OL}$	-	-	-	V
输出短路电流	$I_{SC}$	-	-	-	mA
输入共模电压范围	$V_{ICR}$	-	-	-	V
共模抑制比	$CMRR$	80	90	-	dB
电源抑制比	$PSRR$	80	100	-	dB
电源电流	$I_{D}$	-	180	300	μA

交流电气特性

在$V{CC}= + 15V$，$V{EE}= - 15V$，$R{L}$接地，$T{A}= + 25°C$的条件下，部分交流电气特性参数如下：	特性	符号	最小值	典型值	最大值	单位
压摆率	$SR$	1.6	2.1	-	V/μs
增益带宽积	$GBW$	1.4	1.8	-	MHz
功率带宽	$BW_{p}$	-	35	-	kHz
相位裕度	$\phi_{m}$	-	60	45	°
增益裕度	$A_{m}$	-	15	5.0	dB
等效输入噪声电压	$e_{n}$	-	32	-	nV/√Hz
等效输入噪声电流	$i_{n}$	-	0.2	-	pA/√Hz
差分输入电阻	$R_{in}$	-	300	-	MΩ
输入电容	$C_{in}$	-	0.8	-	pF
总谐波失真	$THD$	-	0.03	-	%
通道隔离度	$CS$	-	120	-	dB
开环输出阻抗	$Z_{o}$	-	100	-	Ω

应用信息

电路优势

该系列放大器的带宽、压摆率和建立时间与采用JFET输入器件的低功耗运放产品相似，但由于采用了PNP晶体管差分输入和全NPN晶体管输出级，具有额外的优势。输入级的共模输入电压范围包含$V_{EE}$电位，使得单电源工作低至3.0V成为可能，且输入电容仅为0.8pF，远低于典型JFET的3.0pF，大大增强了给定输入源电阻下的频率响应，在D - to - A电流到电压转换应用中表现出色。

输入电压范围

输入级允许高达±44V的差分输入电压，但输入电压必须在$V{CC}$和$V{EE}$电源电压之间。在实际应用中，虽然不推荐，但输入电压超过$V{CC}$约3.0V或低于$V{EE}$ 0.3V时，虽可能导致输出相位反转，但不会损坏产品。

输出级优势

全NPN输出级相对于传统的NPN/PNP晶体管Class AB输出级具有独特优势。在±15V电源供电时，10k负载电阻的输出电压摆幅可在正电源轨（$V{CC}$）和负电源轨（$V{EE}$）的0.8V范围内，提供28.4Vpp的摆幅，在低电源电压下更为明显。

注意事项

• 电源极性：如果集成电路的电源极性接反，或IC在插座中安装反向，会出现大的无限制电流浪涌，可能导致器件损坏。
• 布局设计：为了获得最佳的频率性能，应注意适当的引脚布局、元件放置和PCB布局。例如，长的无屏蔽输入或输出引脚可能导致不必要的输入/输出耦合；连接到输入的电阻应紧邻输入引脚，以最小化额外的杂散输入电容；电源引脚附近应使用足够的电容进行去耦。
• 输出短路：每个放大器的输出都具有电流限制，可防止直接短路到地，但在这种情况下，要确保器件不超过最大结温额定值。

应用电路示例

交流耦合非反相放大器

该电路采用单 + 5.0V电源供电，适用于需要交流信号放大的应用。

直流耦合反相放大器

此电路可实现直流信号的反相放大，输出电压摆幅最大。

有源高通陷波滤波器

用于滤除特定频率的信号，在信号处理中具有重要应用。

订购信息

订购时，请参考数据手册第9页的封装尺寸部分中的详细订购和运输信息。

器件标记信息

关于器件标记的一般信息，请参考数据手册第10页的器件标记部分。

总结

MC33171/72/74、NCV33172/74系列运算放大器凭借其出色的电气特性、宽电源工作范围、低功耗、高带宽和压摆率等优势，适用于多种应用场景，如汽车电子、工业控制、信号处理等。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择型号，并注意布局设计和电源极性等问题，以充分发挥其性能优势。你在使用该系列放大器时遇到过哪些问题或有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。