高性能运算放大器AD845：特性、应用与设计要点

在电子工程师的设计工具箱中，运算放大器是不可或缺的基础元件。今天，我们要深入探讨一款高性能的运算放大器——AD845，它在众多应用场景中展现出卓越的性能。

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一、AD845概述

AD845是一款快速、精确的N沟道JFET输入单片运算放大器，采用了Analog Devices的互补双极（CB）工艺制造。先进的激光晶圆微调技术使其实现了极低的输入失调电压和失调电压漂移性能。它的高转换速率（100 V/μs）、稳定的16 MHz单位增益带宽以及350 ns至0.01%的建立时间，在驱动100 pF和500 Ω的并联负载时，这些特性的组合是任何FET输入IC放大器都无法比拟的。

1.1 主要特性

• AC性能：350 ns内建立到0.01%，转换速率达100 V/μs，最小单位增益带宽为12.8 MHz，在20 V p-p时全功率带宽为1.75 MHz。
• DC性能：最大输入失调电压0.25 mV，最大失调电压漂移5 μV/°C，输入偏置电流0.5 nA，最小开环增益250 V/mV，0.1 Hz至10 Hz时最大电压噪声4 V p-p，最小共模抑制比94 dB。
• 封装形式：提供塑料Mini - DIP、密封CERDIP和SOIC封装，还可根据EIA - 481A标准提供卷带包装。

二、应用领域

AD845适用于多种应用场景，如有源滤波器、高速积分器、光电二极管前置放大器、采样保持放大器和对数放大器，以及用于缓冲A/D和D/A转换器。其250 mV的最大输入失调电压使得在许多应用中无需进行失调调零。在±10 V输入电压范围内110 dB的共模抑制比，对于JFET输入高速运算放大器来说是非常出色的性能，再加上最小250 V/mV的开环增益，即使在单位增益缓冲电路中也能确保实现12位的性能。

三、引脚连接与温度范围

AD845符合标准运算放大器的引脚排列，但失调调零连接到+V。AD845J和AD845K级器件适用于商业温度范围（0°C至70°C），AD845A和AD845B器件适用于工业温度范围（ - 40°C至+85°C），AD845S适用于全军事温度范围（ - 55°C至+125°C）。工业和军事版本提供8引脚CERDIP封装，商业版本提供8引脚塑料Mini - DIP和16引脚SOIC封装，还有J和S级芯片可供选择。

四、产品亮点

1. 高速高精度：高转换速率、快速建立时间和直流精度使其非常适合需要12位精度的高速应用。
2. 升级现有设计：在大多数情况下，可以升级使用LF400、HA2520等多种型号运算放大器的电路性能。
3. 稳定性好：单位增益稳定且内部补偿。
4. 负载驱动能力：在驱动100 pF/500 Ω负载时性能有明确规定。

五、规格参数

在25°C和±15 V直流条件下（除非另有说明），AD845不同等级的规格参数如下：	参数	条件	AD845J/A	AD845K/B	AD845S	单位
输入失调电压	初始失调（$T{MIN}$ 到 $T{MAX}$）	0.7 - 1.5 - 2.5 mV	0.1 - 0.25 - 0.4 mV	0.25 - 1.0 - 2.0 mV	mV
	失调漂移	20 μV/°C	1.5 - 5.0 μV/°C	10 μV/°C	μV/°C
输入偏置电流	初始（$V{CM}=0 V$，$T{MIN}$ 到 $T_{MAX}$）	0.75 - 2 - 45/75 nA	0.5 - 1 - 18/38 nA	0.75 - 2 - 500 nA	nA
输入失调电流	初始（$V{CM}=0 V$，$T{MIN}$ 到 $T_{MAX}$）	25 - 300 - 3/6.5 pA	15 - 100 - 1.2/2.6 pA	25 - 300 - 20 pA	pA
输入电阻		10¹¹ kΩ	10¹¹ kΩ	10¹¹ kΩ	kΩ
输入电容		4.0 pF	4.0 pF	4.0 pF	pF
输入电压范围	差分	±10 V	±10 V	±10 V	V
	共模	±20 V	±20 V	±20 V	V
	共模抑制比	86 dB	94 dB	86 dB	dB
输入电压噪声	0.1 Hz 到 10 Hz	4 V p - p	4 V p - p	4 V p - p	V p - p
	f = 10 Hz	80 nV/√Hz	80 nV/√Hz	80 nV/√Hz	nV/√Hz
	f = 100 Hz	60 nV/√Hz	60 nV/√Hz	60 nV/√Hz	nV/√Hz
	f = 1 kHz	25 nV/√Hz	25 nV/√Hz	25 nV/√Hz	nV/√Hz
	f = 10 kHz	18 nV/√Hz	18 nV/√Hz	18 nV/√Hz	nV/√Hz
	f = 100 kHz	12 nV/√Hz	12 nV/√Hz	12 nV/√Hz	nV/√Hz
输入电流噪声	f = 1 kHz	0.1 pA/√Hz	0.1 pA/√Hz	0.1 pA/√Hz	pA/√Hz
开环增益	$V{0}=±10 V$，$R{LOAD}≥2 kΩ$	200 - 500 - 250 V/mV	250 - 500 - 250 V/mV	200 - 500 - 250 V/mV	V/mV
	$R_{LOAD}≥500 Ω$	100 - 250 - 125 V/mV	100 - 250 - 125 V/mV	100 - 250 - 125 V/mV	V/mV
	$T{MIN}-T{MAX}$	70 - 250 - 75 V/mV	70 - 250 - 75 V/mV	50 - 250 - 50 V/mV	V/mV
输出电压		50 V	50 V	50 V	V
输出电流		50 mA	50 mA	50 mA	mA
输出电阻	$R_{LOAD}=2 - 500 Ω$，短路，开环	±12.5 V，5 mA，Ω	±12.5 V，5 mA，Ω	±12.5 V，5 mA，Ω	V，mA，Ω
频率响应	小信号带宽	12.8 - 16 MHz	13.6 - 16 MHz	13.6 - 16 MHz	MHz
	全功率带宽	1.75 MHz	1.75 MHz	1.75 MHz	MHz
	上升时间	20 ns	20 ns	20 ns	ns
	过冲	20 %	20 %	20 %	%
	转换速率	100 V/μs	100 V/μs	100 V/μs	V/μs
	建立时间（到0.01%）	350 ns	350 ns	350 ns	ns
	建立时间（到0.1%）	250 ns	250 ns	250 ns	ns
差分增益	f = 4.4 MHz	0.04 %	0.04 %	0.04 %	%
差分相位	f = 4.4 MHz	0.02°	0.02°	0.02°	°
电源	额定性能	±4.75 - ±15 V	±4.75 - ±15 V	±4.75 - ±15 V	V
	工作范围	±18 V	±18 V	±18 V	V
	抑制比	88 - 110 dB	95 - 113 dB	88 - 110 dB	dB
	静态电流	10 - 12 mA	10 - 12 mA	10 - 12 mA	mA

六、绝对最大额定值

• 电源电压：±18 V
• 内部功耗：塑料Mini - DIP为1.6 W，CERDIP为1.5 W，16引脚SOIC为1.4 W
• 输入电压：+Vs
• 输出短路持续时间：无限
• 差分输入电压：+Vs和 - Vs
• 存储温度范围： - 65°C至+150°C
• 引脚温度范围（焊接60秒）：300°C

需要注意的是，超过绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏，这只是一个应力额定值，并不意味着器件在这些或其他高于规格操作部分所示条件下能正常工作。长时间暴露在绝对最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性。

七、典型性能特性

文档中给出了多个典型性能特性曲线，如输入电压摆幅与电源电压的关系、输出电压摆幅与电源电压的关系、输出电压摆幅与电阻负载的关系等。这些曲线为工程师在实际设计中提供了重要的参考依据，帮助他们更好地了解AD845在不同条件下的性能表现。

八、应用电路设计

8.1 建立时间测量

通过在单位增益反相模式下用快速脉冲发生器驱动放大器来测量AD845的建立时间。建立时间定义为从施加理想阶跃函数输入到闭环放大器输出进入并保持在指定误差带内的时间间隔。其组成部分包括放大器的传播时间、接近最终输出值的转换时间、与转换相关的过载恢复时间以及线性建立到指定误差带内的时间。当驱动500 Ω负载和100 pF电容并联时，AD845在250 ns内建立到0.1%，在310 ns内建立到0.01%。

8.2 高速仪表放大器

由三个运算放大器组成的仪表放大器电路（如图3所示）可以提供从单位增益到1000及更高的增益范围。该电路具有高共模抑制、平衡差分输入和稳定、精确的增益特性。使用FET输入的AD845实现了低输入偏置电流和快速建立时间。电路带宽在增益为1时为10.9 MHz，在增益为10时为8.8 MHz；对于10 V阶跃（增益 = 10），整个电路的建立时间为900 ns至0.01%。电路中使用的电容器大大改善了放大器的建立时间和相位裕度。

8.3 驱动A/D转换器的模拟输入

在驱动A/D转换器的模拟输入时，运算放大器必须能够在动态变化的负载条件下保持恒定的输出电压。AD845具有宽带宽和高开环增益，非常适合驱动转换时间为5 ms或更长的高分辨率A/D转换器。

九、设计要点与注意事项

在使用AD845进行设计时，还需要注意一些要点。例如，在高速仪表放大器电路中，放大器输入引脚周围的电阻值要足够小，以避免它们与电路杂散电容形成的RC时间常数降低电路带宽。另外，对于不同的应用场景，要根据实际需求选择合适的封装和温度等级的AD845器件。

总之，AD845运算放大器以其卓越的性能和广泛的应用场景，成为电子工程师设计中的有力工具。希望通过本文的介绍，能帮助工程师们更好地理解和应用AD845，在实际设计中发挥其最大的优势。大家在使用AD845的过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。