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[经验] 一种高速、精密的双JFET运算放大器

2020-9-8 17:32:41  193 转换器
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特征
快速转换率:␣22V/典型
沉降时间(0.01%):␣1.2ms最大值
偏移电压:␣300mV最大值
高开环增益:␣1000 V/mV min
低总谐波失真:␣0.002%典型值
改进了AD712、LT1057、OP215、TL072和MC34082的替换件
应用
用于快速D/As的输出放大
信号处理
仪表放大器
快速采样/保持
有源滤波器
低失真音频放大器
A/D转换器的输入缓冲器
伺服控制器
一般说明
OP249是一种高速、精密的双JFET运算放大器,类似于流行的单运算放大器OP42。OP249通过提供卓越的速度和出色的直流性能,优于现有的双放大器。超高的开环增益(最小1 kV/mV)、低失调电压和卓越的增益线性度,使OP249成为业界第一款真正的高精度双高速放大器。
OP249的转换速率为22V/μs,快速稳定时间最大小于1.2μs至0.01%,是高速双极性D/a和a/D转换器应用的理想选择。OP249出色的直流性能使高分辨率CMOS D/A的完全精度得以实现。
适用于高失真率的OP200Ω或24Ω有源滤波器,适用于高失真率的有源放大器、24Ω有源滤波器等。
OP249为TL072、AD712、OP215、MC34082和LT1057提供了显著的性能升级。
引脚连接

骰子特征

OP249–典型性能特征

应用程序信息
OP249代表了一个可靠的JFET放大器设计,具有直流精度和高速的完美结合。坚固的输出级提供驱动600Ω负载的能力,并且仍然保持干净的交流响应。OP249具有比以前可用的JFET输入放大器更线性和更对称的大信号响应,将OP249的大信号响应(如图41所示)与其他行业标准的双JFET放大器进行比较。
通常,JFET放大器的炖煮性能被简单地规定为伏特/μs。没有讨论炖煮响应的质量,即线性度、对称性等。

OP249经过精心设计,即使在驱动大输出负载时,也能在正负方向提供对称匹配的回转特性。
放大器的回转限制决定了在没有明显失真的情况下可以获得正弦输出的最大频率。然而,重要的是要注意的是,以前可用的JFET放大器的非对称炖煮增加了一系列更高的谐波能量含量的响应和额外的直流输出元件。非对称回转行为的潜在问题的例子可以是音频放大器应用,在那里需要自然的低失真音质,在伺服或信号处理系统中,不能容忍净直流偏移。OP249的线性和对称炖煮特性使其成为超过放大器全功率带宽范围的应用的理想选择。

与大多数JFET输入放大器一样,如果任何一个输入超过指定的输入电压范围,OP249的输出可能会发生相位反转。相位反转不会损坏放大器,也不会导致内部闭锁。
电源应用于克服与放大器电源线相关的电感和电阻。0.1μF和10μF电容器应放置在每个电源引脚和接地之间。
开环增益线性度
OP249具有极高的开环增益(最小1 kV/mV)和恒定增益线性。OP249的这一特性提高了其直流精度,并在高闭环增益应用中提供了极好的精度。图43说明了典型的开环增益线性度,即使在驱动600Ω负载时也能保证高增益精度。
偏移电压调整
OP249固有的低偏移电压将使偏移调整在大多数应用中不必要。然而,在需要较低偏移误差的情况下,可以使用简单的外部电路进行平衡,如图44和45所示。

在图44中,偏移调整是通过在放大器的非反转输入端提供一个小电压来实现的。电阻器R1和R2衰减电位器电压,提供±2.5 mV(VS=±15 V)的调节范围,参考输入。图45显示了无反转放大器配置的偏移调整,也提供了±2.5 mV的调整范围。如图45中的方程式所示,如果R4不远大于R2,则会产生闭环增益误差,必须加以考虑。
沉降时间
稳定时间是从输入信号开始变化到输出永久进入规定的误差带之间的时间。输出误差带分别为5mv和0.5mv,精度分别为0.1%和0.01%。
图46显示了OP249的典型沉降时间870ns。此外,沉降响应方面的问题,如热尾和长期振铃不存在。

DAC输出放大器
单位增益稳定性、300μV的低偏置电压、870 ns到0.01%的快速稳定时间使OP249成为快速数模转换器的理想放大器。
对于CMOS DAC应用,OP249的低偏移电压导致了良好的线性性能。CMOS DAC,如PM-7545,通常具有11 kΩ和33 kΩ之间的代码相关输出电阻变化。输出电阻与11 kΩ反馈电阻器的变化将导致噪声增益的变化。这会导致偏移误差的变化,增加线性误差。OP249的特点是低偏移电压误差,将这种影响最小化,并在转换器的满量程范围内保持12位线性性能。
由于DAC的输出电容出现在运算放大器的输入端,因此必须对放大器进行充分的补偿。补偿将增加相位裕度,并确保最佳的整体沉降响应。使用图47中的电容器C实现所需的引线补偿。

图48说明了改变补偿对图48a中电路输出响应的影响。需要进行补偿来解决DAC的输出电容、运算放大器的输入电容和任何杂散电容的组合效应。可能需要对补偿电容器进行微调,以优化任何给定应用的沉降响应。
电流输出DAC和运算放大器组合的稳定时间可近似为:

实际的总稳定时间受放大器的噪声增益、所应用的补偿以及放大器输入端的等效输入电容的影响。
驱动A/D转换器的探讨
运算放大器的稳定特性还包括放大器从瞬态电流输出负载条件恢复(即,稳定)的能力。这方面的一个例子包括一个运放驱动来自SAR型a/D转换器的输入。虽然变换器的比较点通常是二极管箝位的,但是输入端正负一个二极管压降仍然会引起输入电流的显著调制。如果闭环输出阻抗足够低,而放大器的带宽足够大,则在转换器做出比较决定之前,输出将稳定下来,以防止线性误差或丢失代码。
图49显示了用于评估输出电流瞬态恢复的稳定测量电路。输出干扰电流发生器提供1mA的输出负载电流的瞬态变化。如图50所示,对于1mA负载瞬态,OP249具有274ns(至0.01%)的极快恢复。其性能使其成为数据采集系统的理想放大器。

OP249的高速和出色的直流性能相结合,使其成为12位数据采集系统的理想放大器。检查图51中的电路,OP249中的一个放大器为ADC912的VREF输入提供稳定的–5 V参考电压。OP249中的另一个放大器对A/D的输入进行高速缓冲。
检查A/D转换器模拟输入节点处最坏情况下的瞬态电压误差(图52):OP249在不到100纳秒的时间内恢复。快速恢复是由于OP249的宽带和低直流输出阻抗。

OP249 spice宏模型
图53和表1显示了OP249的SPICE宏模型的节点和网络列表。该模型是实际设备的简化版本,并模拟了重要的dc参数,如VOS、IOS、IB、AVO、CMR、VO和ISY。该模型还模拟了开关频率、增益和相位响应以及共模谐振比随频率的变化。
该模型使用OP249的典型参数。模型中的极点和零点由OP249的实际开环和闭环增益及相位响应确定。以这种方式,该模型提供了实际设备的精确交流表示。模型假设环境温度为25°C。

外形尺寸
尺寸单位为英寸和(mm)。

[1]、TJ=+85°C。
[2]、由CMR测试保证。

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