LT1789-1/LT1789-10：微功耗单电源轨到轨输出仪表放大器的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择性能优异的仪表放大器至关重要。今天，我们就来深入探讨一下 Linear Technology 公司推出的 LT1789-1/LT1789-10 微功耗单电源轨到轨输出仪表放大器。

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一、产品概述

LT1789-1/LT1789-10 专为 2.2V 至 36V 的单电源操作而优化，具有微功耗特性，最大静态电流仅 95μA。其输入共模可至地，输出摆幅能接近地 110mV。增益通过单个外部电阻设置，LT1789-1 的增益范围为 1 至 1000，LT1789-10 为 10 至 1000。

二、特性亮点

（一）低功耗与高精度

• 微功耗：最大 95μA 的电源电流，非常适合对功耗要求严格的便携式设备。这意味着在电池供电的应用中，能显著延长设备的续航时间，减少频繁充电的麻烦。
• 低输入失调电压及漂移：最大输入失调电压 100μV，最大输入失调电压漂移 0.5μV/°C，确保了在不同温度环境下的高精度测量。例如在一些对温度变化敏感的测量系统中，这种低漂移特性能够有效减少误差，提高测量的准确性。
• 高增益精度：在增益为 10 时，最小共模抑制比（CMRR）达 96dB，最大增益误差仅 0.25%，最大增益非线性为 40ppm。这使得放大器在处理信号时能够准确地放大，减少信号失真，保证输出信号的质量。

（二）宽电源范围与高抗干扰能力

• 宽电源范围：2.2V 至 36V 的总电源范围，增加了设计的灵活性。无论是采用低电压的电池供电，还是高电压的工业电源，都能稳定工作。
• 高 PSRR：在增益为 10 时，最小电源抑制比（PSRR）为 100dB，能有效抑制电源波动对输出信号的影响，提高系统的稳定性。

（三）低噪声性能

• 低电压噪声：1kHz 电压噪声为 48nV/√Hz，0.1Hz 至 10Hz 噪声为 1.5μVP - P，减少了噪声对信号的干扰，提高了信号的清晰度。在一些对噪声要求极高的应用中，如医疗仪器中的微弱信号检测，这种低噪声性能能够确保检测到的信号真实可靠。

（四）其他特性

• 输入偏置电流小：最大输入偏置电流 40nA，对输入信号的影响极小。
• 输出电容负载能力强：LT1789-1 能处理高达 400pF 的电容负载，LT1789-10 能处理 1000pF 的电容负载，增强了放大器的驱动能力。
• ESD 保护：输入具有高达 10kV（人体模型）的 ESD 保护，提高了器件的可靠性，减少了因静电放电而损坏的风险。

三、典型应用

（一）便携式仪器

其微功耗特性使得 LT1789-1/LT1789-10 非常适合用于便携式仪器，如便携式医疗设备、野外测量仪器等。在这些设备中，电池续航是一个关键因素，低功耗的放大器能够延长设备的使用时间，提高设备的实用性。

（二）电桥放大器与应变计放大器

在电桥和应变计测量中，需要高精度的放大器来检测微小的信号变化。LT1789-1/LT1789-10 的低失调电压、高增益精度和低噪声性能，能够准确地放大这些微小信号，提高测量的精度。

（三）热电偶放大器

热电偶输出的信号通常比较微弱，且容易受到噪声和温度变化的影响。LT1789-1/LT1789-10 的低噪声和低失调电压漂移特性，能够有效地处理热电偶信号，确保测量的准确性。

（四）差分转单端转换器

在一些系统中，需要将差分信号转换为单端信号。LT1789-1/LT1789-10 可以方便地实现这一功能，并且能够保证转换后的信号质量。

（五）医疗仪器

医疗仪器对精度和可靠性要求极高。LT1789-1/LT1789-10 的高精度、低噪声和高抗干扰能力，使其在医疗仪器中得到广泛应用，如心电图机、血压计等。

四、电气特性分析

（一）增益设置

• LT1789-1 的增益公式为 (G = 1 + (200k/R_G))，LT1789-10 的增益公式为 (G = 10 cdot [1 + (200k/R_G)])。通过改变外部电阻 (R_G) 的值，可以方便地设置所需的增益。在实际设计中，我们可以根据具体的应用需求，选择合适的 (R_G) 值来实现所需的增益。
• 在不同的电源电压和温度条件下，增益误差和增益非线性会有所变化。例如，在 (V_S = 3V) 或 (V_S = 5V) 时，增益误差和增益非线性都有相应的指标要求。在设计时，我们需要根据实际的工作条件，考虑这些因素对增益的影响。

（二）失调电压

• 放大器的失调电压包括输入失调和输出失调两部分。总输入失调电压为输入失调加上（输出失调 / 增益），总输出失调电压为（输入失调 × 增益）+ 输出失调。在高增益时，输入失调电压起主导作用；在低增益时，输出失调电压起主导作用。了解失调电压的特性，有助于我们在设计中采取相应的措施来减小失调电压的影响，提高测量的准确性。

（三）噪声特性

• 输入噪声电压和电流在不同频率下有不同的表现。例如，在 1kHz 时，输入噪声电压密度为 48nV/√Hz 至 90nV/√Hz，输入噪声电流密度为 62fA/√Hz。在设计时，我们需要根据具体的应用场景，选择合适的放大器和电路布局，以降低噪声对信号的影响。

（四）其他电气特性

• 输入电阻、输入电容、共模抑制比、电源抑制比等电气特性也会影响放大器的性能。在设计中，我们需要综合考虑这些因素，确保放大器在各种工作条件下都能稳定可靠地工作。

五、典型性能曲线

文档中给出了丰富的典型性能曲线，如输入偏置电流与温度、电源电压、共模输入电压的关系，输出电压摆幅与负载电流的关系，增益与频率的关系等。这些曲线直观地展示了放大器在不同条件下的性能表现，有助于我们在设计中更好地选择工作点和优化电路参数。例如，通过查看输出电压摆幅与负载电流的曲线，我们可以了解放大器在不同负载情况下的输出能力，从而选择合适的负载电阻，确保放大器能够正常工作。

六、应用信息与注意事项

（一）增益设置

通过外部电阻 (R_G) 可以方便地设置增益。在实际操作中，我们需要根据所需的增益计算出合适的 (R_G) 值。对于最低可实现增益，可以将 (R_G) 设为无穷大（即引脚 1 和 8 开路）。在选择 (R_G) 时，要注意其精度和稳定性，因为 (R_G) 的变化会直接影响增益的准确性。

（二）输入和输出失调电压

了解失调电压的组成和特性，有助于我们在设计中采取相应的措施来减小失调电压的影响。例如，在高增益应用中，要特别关注输入失调电压；在低增益应用中，要注意输出失调电压。可以通过选择高精度的放大器、优化电路布局等方式来减小失调电压。

（三）参考端子

输出电压参考于参考端子（引脚 5）上的电压。为了获得最佳的共模抑制比，必须尽量减小与 REF 引脚串联的电阻。例如，从 REF 引脚到地的 22Ω 电阻会增加增益误差并降低 CMRR。在设计中，我们可以采用低阻抗的电源来驱动 REF 引脚，以提高共模抑制比和降低增益误差。

（四）输出失调调整

通常情况下，LT1789-1/LT1789-10 经过激光微调，大多数应用无需外部失调调整。但在需要调整失调时，可以使用如文档中所示的可选失调调整电路。在使用调整电路时，要注意调整的范围和精度，避免过度调整导致其他性能指标下降。

（五）输入偏置电流返回路径

由于放大器的输入偏置电流低且输入阻抗高，在放大纯差分信号时，必须为两个输入的偏置电流提供返回路径。否则，输入会浮空并超出输入共模范围，导致输入级饱和。可以采用如文档中所示的三种方法来提供输入偏置电流路径，根据具体的应用场景选择合适的方法。

（六）输出电压与输入共模电压

为确保在给定输入共模电压和输入差分电压下有有效输出，需要考虑四个限制因素：输入放大器的输入电压范围、输出摆幅，输出放大器的输入电压范围和输出摆幅。在设计中，我们需要根据这些限制因素来选择合适的工作点和电路参数，以确保放大器能够正常工作。

（七）单电源操作

在处理差分信号时，REF 引脚必须高于负电源，以允许输出处理正负输入信号。将 REF 引脚电压设置为半电源可获得最大输出工作范围。在处理单端输入信号时，REF 引脚可以与负电源等电位，但要确保输出在指定工作范围内。在实际应用中，要根据输入信号的类型和特点，合理设置 REF 引脚的电压，以实现最佳的性能。

七、典型应用电路

文档中给出了多个典型应用电路，如单电源正积分器、雪崩光电二极管模块偏置电流监测器、电压控制电流源、10°C 至 40°C 温度计等。这些电路展示了 LT1789-1/LT1789-10 在不同领域的具体应用，为我们的设计提供了参考。在使用这些电路时，我们可以根据实际需求进行适当的修改和优化，以满足具体的应用要求。

八、总结

LT1789-1/LT1789-10 以其微功耗、高精度、宽电源范围、低噪声等优异特性，在便携式仪器、传感器信号放大、医疗仪器等众多领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计相关电路时，可以充分利用其特性，提高电路的性能和可靠性。同时，在应用过程中，要注意参考文档中的应用信息和注意事项，确保放大器能够正常工作。大家在实际设计中是否也遇到过类似的放大器选择和应用问题呢？可以一起交流分享经验。