放大器的最新消息：极低电压，微功率放大器已诞生

便携式医疗监护仪器，助听器和安全监控设备都是必须使用电池供电并持续运行很长时间的产品的例子。由于尺寸限制，可用功率在电源电压和电流方面受到严格限制。

这些应用的放大器必须在这些低电压下工作，并且消耗的电流非常小。此外，它们的输入和输出信号范围应尽可能宽，以获得足够的动态范围（满量程信噪比）。最好的器件的输出电压可以从正电源摆动到地，输入范围甚至可以超过电源范围。能够同时达到两个电源“轨”的放大器称为轨到轨放大器。

要为这些应用选择放大器，首先要考虑所需的性能而不是制造工艺。低功耗产品有CMOS，双极和JFET工艺可供选择，但您不应该对各自的性能范围有所了解。

直到最近，CMOS低压设计对于精度来说还不实用低压运行。 CMOS工艺具有相对高的阈值电压，范围为1.8至2.1伏。由于大多数放大器设计需要至少两个V TH s运行，即使在室温下，最小电源电压也> 3 V.

双极设计，如CMOS，需要至少两个晶体管下降;但是这些下降是V BE s，因此1.8伏的操作非常实用。 OP293 *双通道运算放大器等放大器保证工作在2伏特，工作电压低至1.7伏特。但是，必须注意确保在低温下保持功能性，因为随着温度降低，V BE 增加（约-2mV /℃）。因此，在-25°C下工作将需要额外100 mV或更多的裕量超过最低室温工作电压。

目前，没有JFET运算放大器同时具有轨到 - 铁路投入和产出; AD820系列最接近其轨到轨输出。 JFET运算放大器在要求低噪声，低偏置电流或宽带宽的应用中非常有利。

微功率设计的局限性与标准运算放大器相比，低电流放大器是在带宽，输出驱动和噪声水平方面相对有限。每个参数的值取决于设计期间可用的技术。今天，微功率放大器可以实现10 kHz /μA的速度/功率比;这将在明年内增加一倍以上。因此，可以构建具有超过兆赫兹增益带宽积的放大器，工作电源电流小于100 mA。 OP496就是今天可能的例子;它的GBP值大于300 kHz，而电源电流仅为45μA。

放大器宽带噪声取决于前端电流，晶体管尺寸和处理。由于它们的低功率和通常较小的几何形状，低功率设计通常在输入参考噪声中相对较高。同样，OP496系列具有26 nV /√ Hz ，展示了当今技术的能力。

输出驱动在很大程度上取决于驱动放大器输出级的电流。与标准放大器不同，轨到轨设计不能使用达林顿或类似配置来提升电流。在这些设计中，与高电流相关的增加的电压降是不可接受的，因此输出驱动通常限于微安培;但是一些产品设计（例如OP293 *）可以输出±8 mA，即使它只需要25μA的静态电源电流。

额外的输出要求是吸收能力以及来源，当前。这将使输出在两个方向上以相同的速度转换。如果输出无法吸收电流，则需要添加下拉电阻。当然，这会使用不必要的电流，并且无法使用这种放大器来节省功率。

确定低电压下正常工作的极限：以下是三种方便的方法确定当电压降低时放大器是否真正工作：正弦波测试，偏移电压测试和电源电流测试< / em>的。前两个测试分别用于检查交流和直流性能;第三种是通用测试。

正弦波测试是最简单的测试。连接放大器以获得1到2之间的增益，并提供在放大器共模范围内的输入正弦波。要么在示波器上查看输出波形，要么测量它是否失真。随着电源电压的降低，波形会明显失真。在达到此点之前是最小工作电压。

要执行偏移与电源电压测试，请将放大器连接到高增益配置并将输入接地。应设置增益，使输出端的放大偏移约为1伏。从已知放大器正常工作的电源电压开始，然后测量并记录输出（偏移）。减少电源并继续记录电源电压和偏移。当绘制这些值并且随着电源进一步减小时，通常会看到图中的拐点，其中偏移迅速恶化，恰好低于最小电源电压以便正常工作。

因为工作电压是减少的内部偏置电路开始关闭。乍一看，放大器仍然可以正常工作，但性能会大幅下降。此外，随着电压进一步降低，额外的结构可能会关闭。由于放大器的电源电流受这些变化的影响，因此它可以作为渐进变化的代理，在性能的特定方面可能更难以观察到。要确定这些点，请将电源电流与电源电压进行对比。曲线中可能有几个弯曲，每个弯曲都表明会有进一步的退化。

应用程序

微功率电话耳机：可以使用带有两个2.5伏电源的OP296 *通过电池供电来操作耳机。选择具有600Ω阻抗的耳机以保持低电流消耗。该电路可以在低至2伏的电压下工作。如图所示，失真低于1％至5 kHz。

脉冲监测器：ECG监护仪需要隔离以保护患者免受任何可能导致危险的故障电流流过身体。使用功率非常低的功率放大器，用作脉冲监视器的心电图放大器可以从很弱的电源供电，不能提供危险的电流水平。例如，这是一个可用于运动或其他监控的电路（但不适用于生命支持系统）。

此电路有三个输入 - 来自一组测量电极 - 一对感测输入和参考返回输入。

前端是标准的三放大器差分电路。第一阶段的收益由RG设定。 50到150的收益很好。电阻值选择稍高于通常值以降低电流消耗。输出级的增益为10 V / V，应设置为在400至1000 Hz下滚动，足够快以通过ECG波形，但具有高频率滤除噪声。

由于高增益和低信号电平，电路需要仔细布局。所有引线应保持短路，以减少感应噪声。两个感应输入应为双绞线，由参考引线屏蔽。

此脉冲监控电路设计用于两个小型锂电池供电，因此它可以长时间用于便携式应用，例如运动监测。 OP493 *保证在低至2 V的电源下工作，总电源电流仅为100μA，确保电池寿命长。 （例如，锂电池的额定电压为3.6至4.2伏，但当它们放电到标称电压的一半时，它们仍然提供电流。）

比较器：放大器通常是用作比较器，因为具有各种规格的放大器的便利性和可用性。在精密比较器应用中找到满足一组给定标准的放大器通常更容易，特别是在低功耗必不可少的情况下。较新的放大器具有轨到轨输入和输出，是优秀的比较器，不需要比简单增益模块更多的元件。

OP196 *采用非反相配置，可以设计一个具有轨到轨输入范围的精密比较器，电源电流仅为50μA。典型的下降沿和上升沿传播延迟为12μs和20μs，可达到25 kHz的时钟速率。当R 1 =10kΩ且R（1）=1MΩ时，滞后电压约为70 mV。当R 1 接近0Ω时，滞后仅约为100μV。

* OP493和OP496四边形代表OP193 / 293 / 493和OP196 / 296/496系列单打/双打/四边形。