OP747：精密微功耗单电源运算放大器的卓越之选

OP777/OP727/OP747：精密微功耗单电源运算放大器的卓越之选

在电子工程师的日常设计中，选择一款合适的运算放大器至关重要。今天要给大家详细介绍的是Analog Devices公司的OP777/OP727/OP747系列精密微功耗单电源运算放大器，它在性能和应用上都有诸多亮点。

文件下载：OP747.pdf

产品概述

OP777、OP727和OP747分别是精密单、双和四轨到轨输出单电源放大器，具有微功耗运行和轨到轨输出范围的特点。与行业标准的OP07在±15V电源下相比，这些放大器性能更优，并且能实现低至3.0V的单电源运行，还提供了更小的封装选项。其输出在超过500pF的容性负载下仍能保持稳定，在5V电源下每个放大器的电源电流小于300μA。此外，500Ω的串联电阻保护输入，允许输入信号电平比正电源高出几伏而不会出现相位反转。

产品特性

电气特性

• 输入特性：
  • 失调电压：OP777在+25°C < TA < +85°C时典型值为20μV，最大值为100μV；OP727/OP747在不同温度范围有不同的失调电压表现。
  • 输入偏置电流：在 -40°C < TA < +85°C时，最大值为11nA。
  • 输入失调电流：在 -40°C < TA < +85°C时，最大值为2nA。
  • 共模抑制比：在VCM = 0V到4V时，典型值为110dB。
  • 失调电压漂移：OP777在 -40°C < TA < +85°C时，最大值为1.3μV/°C；OP727/OP747最大值为1.5μV/°C。
• 输出特性：
  • 输出电压高：在IL = 1mA， -40°C到 +85°C时，典型值为4.91V。
  • 输出电压低：在IL = 1mA， -40°C到 +85°C时，典型值为126mV。
  • 输出电流：最大值为±10mA。
• 电源特性：
  • 电源抑制比：在VS = 3V到30V时，典型值为130dB。
  • 电源电流/放大器：不同型号和温度范围下有所不同，例如OP777在 -40°C < TA < +85°C时，最大值为290μA。
• 动态性能：
  • 压摆率：典型值为0.2V/μs。
  • 增益带宽积：典型值为0.7MHz。
• 噪声性能：
  • 电压噪声：在0.1Hz到10Hz时，典型值为0.4μVp - p。
  • 电压噪声密度：在f = 1kHz时，典型值为15nV/√Hz。
  • 电流噪声密度：在f = 1kHz时，典型值为0.13pA/√Hz。

绝对最大额定值

不同封装类型的热阻参数有所不同，如8 - 引脚MSOP（RM）的θJA为190°C/W，θJC为44°C/W。需要注意的是，绝对最大额定值适用于25°C，超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏。

典型性能特性

文档中给出了大量的典型性能特性曲线，包括输入失调电压分布、输入失调电压漂移分布、输出电压与负载电流关系、电源电流与温度和电压关系、开环增益和相移与频率关系、闭环增益与频率关系、输出阻抗与频率关系、小信号过冲与负载电容关系等。这些曲线能帮助工程师更好地了解放大器在不同条件下的性能表现。

基本操作原理

输入级与输出级

OP777/OP727/OP747采用精密双极PNP输入级与高压CMOS输出级相结合的设计。这种设计使得放大器的输入电压范围能够包含负电源电压（在单电源应用中通常为地），并且输出能够摆动到离输出轨1mV以内。同时，输入电压范围可扩展到离正电源轨1V以内。PNP输入结构具有高击穿电压、高增益的特点，输入偏置电流与“达林顿”输入级放大器相当，但避免了输入电压范围、失调、漂移和噪声等方面的缺点，还大大降低了噪声和直流输入误差项。

电源电压

该系列放大器在单5V电源下有完整的规格，并且由于设计和工艺创新，能在3.0V到30V的电源电压下工作，也支持±15V的双电源操作。其PSRR为130dB（0.3μV/V），CMRR为110dB（3μV/V），失调受电源或共模电压的影响极小。

输入共模电压范围

OP777/OP727/OP747的输入共模电压范围从负电源到离正电源1V以内，甚至在输入电压略低于VEE时仍能工作。在一些应用中，如配置为差分放大器时，即使输入有正负直流共模电压，输出也不会出现失真。

输入过电压保护

当放大器输入低于VEE超过一个二极管压降或高于VCC时，可能会有大电流流入输入引脚导致设备损坏。OP777/OP727/OP747内置了500Ω的内部限流电阻，可降低损坏的风险。同时，输入晶体管的高击穿特性使得放大器不需要在输入之间使用钳位二极管，避免了对一些应用电路（如精密整流器和比较器）的干扰。

相位反转保护

许多放大器在输入超出输入共模电压范围时会出现相位反转问题，可能导致伺服系统锁定或放大器参数永久性变化。OP777/OP727/OP747具有防止相位反转的保护电路，但不建议连续驱动输入超出电源轨3V以上。

输出级特点

CMOS输出级具有出色且相对对称的输出驱动能力，在轻负载下能摆动到离两个电源轨1mV以内，优于类似的所谓轨到轨双极输出级放大器。该系列放大器在电压跟随器配置下稳定，在单电源操作中能响应低至高于地1mV的信号。

输出短路保护

OP777/OP727/OP747系列放大器的输出在意外短路到任一电源电压时，只要长期不超过最大管芯温度，就能受到保护。高达30mA的电流不会造成损坏。

应用电路

低侧电流监测器

在电源控制电路设计中，监测和限制设备功率耗散至关重要。图7所示的5V单电源电流监测器可用于电压调节器或高电流电源的设计中。它利用OP777的共模范围扩展到地的特性，通过检测电源回路中的小电压降来监测电流。输出电压与负载电流成反比，对于给定的元件值，当返回电流为1A时，输出电压为2.5V。

桥接应用

该系列放大器在许多桥接应用中非常有用。图8展示了一个单电源桥接电路，其输出与桥的分数偏差线性相关。在有双电源的系统中，图9所示的电路可用于检测与桥的分数偏差线性相关的桥输出。

单电源电流源

图10所示的单电源电流源使用大电阻来维持微功耗运行，输出电流可通过改变R2B电阻进行调整。其合规电压由公式VL ≤ |VSAT| - |VS|确定。

单电源仪表放大器

图11展示了一个使用一个OP727放大器的单电源仪表放大器。为了实现真正的差分放大，需要满足R3/R4 = R1/R2的条件。电路的CMRR与电阻网络的匹配程度有关，当电阻网络的失配为0.1%时，CMRR可达100dB。通过修剪其中一个电阻（如R4）可最大化CMRR，OP727中两个运算放大器的紧密匹配能显著提升性能。

封装与订购信息

OP777、OP727和OP747有多种封装可供选择，包括8 - 引脚MSOP、8 - 引脚SOIC、8 - 引脚TSSOP、14 - 引脚TSSOP和14 - 引脚SOIC等。订购指南中列出了不同型号、温度范围、封装描述、封装选项和品牌信息，方便工程师根据需求进行选择。

总结

OP777/OP727/OP747系列精密微功耗单电源运算放大器凭借其卓越的性能、丰富的特性和多样的应用电路，为电子工程师在设计中提供了可靠的选择。无论是在精密仪器、远程传感器信号调理还是精密滤波器等应用中，都能发挥出色的作用。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计要求，结合放大器的各项参数和特性，合理选择封装和应用电路，以实现最佳的设计效果。大家在使用过程中遇到过哪些有趣的应用案例或者问题呢？欢迎在评论区分享交流。