LF147QML宽带宽四JFET输入运算放大器：特性、应用与设计要点

在电子工程领域，运算放大器是不可或缺的基础元件。今天要给大家详细介绍的是德州仪器（TI）的LF147QML宽带宽四JFET输入运算放大器，它在众多应用场景中都有着出色的表现。

文件下载：lf147qml.pdf

一、产品特性

1. 电气性能优越

• 低失调电压：内部微调的失调电压最大为5mV，能有效减少输入误差，提高电路的精度。
• 低输入偏置电流：典型值为50pA，这使得放大器对输入信号的影响极小，适用于对输入电流要求苛刻的电路。
• 低输入噪声电流：典型值为0.01pA/√Hz，有助于降低电路中的噪声干扰，提升信号质量。
• 宽带宽与高转换速率：增益带宽典型值为4MHz，转换速率典型值为13V/μs，能够快速响应输入信号的变化，满足高速电路的需求。
• 低电源电流：典型值为7.2mA，低功耗特性有利于延长电池供电设备的续航时间，同时降低系统的发热量。
• 高输入阻抗：典型值为(10^{12} Omega)，可以减少对前级电路的负载影响，提高信号传输的效率。
• 低总谐波失真：在特定条件下（(A{V}=10)，(R{L}=10 K Omega)，(V{O}=20 V{P - P})，(BW = 20Hz – 20KHz)），典型值≤0.02%，保证了输出信号的纯净度。
• 低1/f噪声拐点：典型值为50Hz，在低频段具有良好的噪声性能。
• 快速建立时间：到0.01%的建立时间典型值为2μs，能够快速稳定输出信号。

2. 兼容性良好

LF147与标准的LM148引脚兼容，这为设计师升级现有LF148和LM124设计提供了便利，无需对电路板进行大规模修改，即可提升整体性能。

二、产品描述

LF147是一款低成本、高速的四JFET输入运算放大器，采用了内部微调输入失调电压的BI - FET II技术。它在低电源电流的情况下，仍能保持较大的增益带宽积和快速的转换速率。同时，匹配良好的高压JFET输入器件提供了极低的输入偏置和失调电流。该器件可应用于高速积分器、快速D/A转换器、采样保持电路以及其他需要低输入失调电压、低输入偏置电流、高输入阻抗、高转换速率和宽带宽的电路中，并且具有低噪声和失调电压漂移的优点。

三、绝对最大额定值

参数	数值
电源电压	±22V
差分输入电压	±38V
输入电压范围	±19V
输出短路持续时间	连续
功耗	900mW
最大结温	150°C
结到环境热阻（CERDIP封装）	70°C/W
工作温度范围	- 55°C ≤ (T_{A}) ≤ 125°C
存储温度范围	- 65°C ≤ (T_{A}) ≤ 150°C
引脚焊接温度（10秒）	260°C
ESD（人体模型）	900V

需要注意的是，绝对最大额定值表示超出该限制可能会对器件造成损坏，而工作额定值仅表示器件能正常工作的条件，但不保证特定的性能指标。在实际设计中，应确保器件的工作条件在合理范围内，以保证其可靠性和性能。

四、质量一致性检验

LF147按照Mil - Std - 883标准的Method 5005 - Group A进行质量检验，包括在不同温度（25°C、125°C、 - 55°C）下进行静态测试、动态测试、功能测试和开关测试等多个子组的测试，以确保产品的质量和性能符合要求。

五、电气特性

1. DC参数

在特定条件下（(V{S}= pm 20 ~V) ，(V{CM}=0 ~V) ，(R_{S}=50 Omega)），对不同封装的LF147进行了详细的直流参数测试，包括输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、共模输入电压范围、共模抑制比、电源抑制比、电源电流、输出短路电流、大信号电压增益和输出电压摆幅等参数。不同温度和条件下，这些参数会有一定的变化范围，设计师在使用时应根据具体需求进行选择。

2. AC参数

同样在特定条件下，测试了LF147的交流参数，如转换速率。在不同的输入信号变化范围和负载条件下，转换速率也有所不同。例如，在(V{I}= - 5V) 到 + 5V，(A{V}=1) ，(R{L}= 2K Ω) ，(C{L}= 100pF)的条件下，转换速率典型值为8V/µs。这些参数对于设计高速电路至关重要。

六、典型应用电路

1. 数字可选精密衰减器

该电路使用LF147实现了数字可选的精密衰减功能，所有电阻的公差为1%，使用标准1%值的电阻可实现优于0.4%的精度，无需进行失调调整，并且可以扩展到任意级数，具有非常高的输入阻抗。通过不同的数字输入组合（A1、A2、A3），可以实现不同的衰减值（从0dB到 - 7dB）。

2. 带复位、保持和启动阈值调整的长时间积分器

输出从零开始，等于输入电压相对于阈值电压的积分（(V{OUT }-frac{1}{R C} int{0}^{C}(V{N}-V{TH}) dt)）。当输入电压(V{IN } ≥V{TH })时，输出开始工作。通过开关S1可以停止和保持任何输出值，开关S2可以将系统复位到零。

3. 通用状态变量滤波器

电路的中心频率(f{O}=3 kHz)，陷波频率(f{NOTCH }=9.5 kHz)，品质因数(Q = 3.4)，不同类型的滤波器（高通、带通、低通、陷波）具有不同的通带增益。在200kHz范围内，输出可以实现10V峰值的正弦波摆动而不受转换速率限制。具体的设计方程可以参考LM148的数据手册，同时需要满足(f_{0} × Q leq 200 kHz)的条件。

七、设计注意事项

1. 输入电压限制

LF147的JFET输入器件具有较大的反向击穿电压，允许较大的差分输入电压，但输入电压不应超过负电源，否则会导致大电流流过，可能损坏器件。同时，超过共模输入电压限制可能会导致输出状态改变，但一般不会发生锁存现象，只要输入回到共模范围内，放大器即可恢复正常工作。

2. 电源要求

每个放大器由齐纳参考单独偏置，可在±4.5V电源下正常工作，但较低的电源电压可能会导致增益带宽和转换速率降低。此外，要注意防止电源极性反转或器件反装，否则可能会因过大的电流浪涌损坏内部导体。

3. 稳定性设计

为了确保放大器的稳定性，需要注意引脚布局、元件放置和电源去耦。例如，从输出到输入的电阻应靠近输入放置，以减少“拾取”并通过最小化输入到地的电容来提高反馈极点的频率。如果反馈极点小于预期闭环增益3dB频率的约6倍，应在运算放大器的输出和输入之间放置一个超前电容，其值应使该电容与并联电阻的RC时间常数大于或等于原始反馈极点时间常数。

LF147QML运算放大器以其优异的性能和良好的兼容性，为电子工程师在设计高速、高精度电路时提供了一个可靠的选择。在使用过程中，我们需要充分了解其特性、注意事项，并结合具体的应用场景进行合理设计，才能充分发挥其优势。大家在实际应用中是否遇到过类似运算放大器的问题呢？欢迎在评论区分享交流。