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±2.25V至±18V的OPA1611/OPA1612音频运算放大器

2020-9-23 14:59:07  75 运算放大器
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特征
•卓越的音质
•超低噪声:1kHz时为1.1nV/√Hz
•超低D偏差:0.000015%1kHz时
•高转换率:27V/μs
•宽带宽:40MHz(G=+1)
•高开环增益:130dB
•统一增益稳定
•低静态电流:3.6mA(单),7.2mA(双)
•轨对轨输出
•宽电源范围:±2.25V至±18V
•提供单、双版本
应用
•专业音频设备
•麦克风前置放大
•模拟和数字混合控制台
•广播演播室设备
•音频测试测量
•高端A/V接收器
说明
OPA1611(单)和OPA1612(双)双极输入运算放大器实现非常低的1.1nV/√Hz噪声密度,1kHz时的超低失真为0.000015%。OPA1611和OPA1612提供轨对轨输出摆幅在600毫伏以内,负载为2kΩ,这增加了净空并最大化了动态范围。这些器件还具有±30mA的高输出驱动能力。
这些器件在±2.25V至±18V的非常宽的供电范围内工作,每个通道的供电电流仅为3.6mA。OPA1611和OPA1612运算放大器单位增益稳定,在广泛的负载条件下提供良好的动态性能。
双版本的特点是完全独立的电路,以最低的串扰和自由的相互作用,即使在过度驱动或超载。
OPA1611和OPA1612均采用SO-8包装,规定温度为-40°C至+85°C。

引脚配置

(1)、NC表示没有内部连接。引脚可以保持浮动或连接到(V-)和(V+)之间的任何电压。
典型特征
TA=+25°C,VS=±15V,RL=2kΩ时,除非另有说明。

申请信息
OPA1611和OPA1612是单位增益稳定、精度很低的运算放大器;这些器件也没有输出相位反转。噪声或高阻抗电源的应用要求去电容器靠近设备电源引脚。在大多数情况下,0.1μF电容器就足够了。图29显示了OPA1611的简化内部示意图。
工作电压
OPA161x系列运算放大器在±2.25V至±18V电源范围内工作,同时保持出色的性能。OPA161x系列可在电源之间的最低+4.5V和电源之间高达+36V的情况下工作。然而,有些应用不需要相同的正、负输出电压摆幅。对于OPA161x系列,电源电压不需要相等。例如,正极电源可以设置为+25V,负极电源设置为-5V。
在所有情况下,共模电压必须保持在规定范围内。此外,关键参数在TA=–40°C到+85°C的指定温度范围内得到保证。随工作电压或温度变化的参数显示在典型特性中。

输入保护
如图30所示,OPA1611和OPA1612的输入端子采用背靠背二极管进行保护,以防差动电压过高。在大多数电路应用中,输入保护电路没有后果。然而,在低增益或G=+1电路中,由于放大器的输出不能对输入斜坡做出足够快的响应,所以快速斜坡输入信号可以使这些二极管向前偏移。典型特征图17说明了这种影响。如果输入信号足够快,足以产生这种正向偏置条件,则输入信号电流必须限制在10mA或以下。如果输入信号电流没有固有的限制,可以使用输入串联电阻(RI)和/或反馈电阻器RF)来限制信号输入电流。该输入串联电阻器降低了OPA1611的低噪声性能,并在下面的噪声性能部分进行了检查。图30显示了当输入端均使用限流电阻配置时的电流反馈和30。

噪声性能
图31显示了在单位增益配置(没有反馈电阻网络,因此没有额外的噪声贡献)的运放源阻抗变化的总电路噪声。
OPA1611(GBW=40MHz,G=+1)显示,并计算出总电路噪声。运算放大器本身提供电压噪声分量和电流噪声分量。电压噪声通常被建模为偏置电压的时变分量。电流噪声被建模为输入偏置电流的时变分量,并与源电阻反应产生噪声的电压分量。因此,给定应用的最低噪声运算放大器取决于源阻抗。对于低源阻抗,电流噪声可以忽略不计,而电压噪声通常占主导地位。OPA161x系列运算放大器的低电压噪声使其成为电源阻抗小于1kΩ的应用的良好选择。
图31中的方程式显示了总电路噪声的计算,这些参数如下:
•en=电压噪声
•In=电流噪声
•RS=源阻抗
•k=玻尔兹曼常数=
•T=温度,单位:开氏度(K)

基本噪声计算
低噪声运算放大器电路的设计需要仔细考虑各种可能的噪声因素:来自信号源的噪声、运算放大器中产生的噪声以及来自反馈网络电阻器的噪声。电路的总噪声是所有噪声分量的平方根和组合。
源阻抗的电阻部分产生与电阻平方根成比例的热噪声。图31描绘了这一点功能。The源阻抗通常是固定的;因此,选择运放和反馈电阻,以尽量减少各自对总噪声的贡献。
图32说明了带增益的逆变和非逆变运算放大器电路配置。在有增益的电路配置中,反馈网络电阻也会产生噪声。运算放大器的电流噪声与反馈电阻反应,产生额外的噪声分量。通常可以选择反馈电阻值,使这些噪声源可以忽略不计。给出了两种结构的总噪声方程。

总谐波失真测量
OPA161x系列运算放大器具有优良的失真特性。在20Hz至20kHz的音频频率范围内,THD+噪声低于0.00008%(G=+1,VO=3VRMS,BW=80kHz)(特性性能见图7)。
OPA1611系列运算放大器产生的失真低于许多市售失真分析仪的测量限值。但是,可以使用特殊的测试电路(如图33所示)来扩展测量能力。
运算放大器失真可以被认为是一个内部误差源,可以参考输入。图33显示了导致运算放大器失真比通常由运算放大器产生的失真大101倍(或约40dB)的电路。在其他标准的非互易放大器配置中加入R3会改变电路的反馈系数或噪声增益。闭环增益不变,但可用于纠错的反馈减少了101倍,从而将分辨率提高了101倍。注意,应用到运算放大器的输入信号和负载与没有R3的传统反馈相同。R3值应保持较小,以尽量减少其对失真测量的影响。
该技术的有效性可以通过在高增益和/或高频下重复测量来验证,其中失真在测试的测量能力范围内设备.测量本数据表采用音频精密系统双失真/噪声分析仪制作,大大简化了重复测量。然而,测量技术可以用手动畸变测量仪器来执行。
电容性负载
OPA1611和OPA1612的动态特性已针对常见增益、负载和操作进行了优化条件低闭环增益和高容性负载的结合降低了放大器的相位裕度,并可能导致增益峰值或振荡。如因此,必须隔离较重的电容性负载从输出。实现这种隔离的最简单方法是在输出端串联一个小电阻(例如RS等于50Ω)。
这个小的串联电阻也可以防止过多的功率消耗,如果设备的输出变短。图19和图20所示为几个RS值的小信号超调与电容性负载的关系图。有关分析技术和应用电路的详细信息,请参阅应用公告AB-028(文献编号:SBOA015,可从ti网站下载)。

(1)、关于测量带宽,请参见图7到图12。
功率损耗
OPA1611和OPA1612系列运算放大器能够驱动2kΩ负载,电源电压高达±18V。在高电源电压下工作时,内部功耗增加。与传统材料相比,OPA1611和OPA1612系列运算放大器使用的铜引线框架结构提高了散热性。电路板布局也有助于最大限度地降低结温升。宽的铜痕迹有助于散热,作为一个额外的散热器。通过将设备焊接到电路板上,而不是使用插座,可以进一步将温升降到最低。
电应力过大
设计者经常问运算放大器承受过大电应力的能力。这些问题往往集中在设备输入上,但可能涉及电源电压引脚,甚至输出引脚。每一种不同的引脚功能都具有由特定半导体制造工艺和连接到引脚的特定电路的电压击穿特性决定的电应力极限。此外,内部静电放电(ESD)保护内置在这些电路中,以防止在产品装配之前和过程中发生意外的ESD事件。
有助于更好地理解这一基本的ESD电路及其与电气过应力事件的相关性。图34显示了OPA161x系列中包含的ESD电路(用虚线区域表示)。ESD保护电路包括几个电流控制二极管,这些二极管从输入和输出引脚连接起来,并返回到内部电源线,在那里,它们在操作系统内部的吸收装置处会合放大器。这个保护电路在正常电路运行期间保持不活动状态。
ESD事件会产生一个持续时间短的高压脉冲,当它通过半导体器件放电时,该脉冲被转换成持续时间短、电流大的脉冲。ESD保护电路设计用于在运算放大器核心周围提供电流通路,以防止其损坏。保护电路吸收的能量随后以热量的形式散失。
当一个ESD电压在两个或多个放大器器件引脚上形成时,电流流过一个或多个转向二极管。根据电流的路径,吸收装置可能会被激活。吸收装置的触发电压或阈值电压高于OPA161x的正常工作电压,但低于器件击穿电压水平。一旦超过这个阈值,吸收装置会迅速启动,并将电源轨上的电压保持在安全水平。
当运算放大器连接到如图34所示的电路中时,ESD保护组件将保持非活动状态,而不会涉及到应用电路中手术。但是,当外加电压超过给定引脚的工作电压范围时,可能会出现这种情况。如果出现这种情况,则存在一些内部ESD保护电路可能偏压并传导电流的风险。任何这样的电流都是通过导向二极管路径产生的,很少涉及吸收装置。
图34描述了一个具体的例子,其中输入电压VIN超过正电源电压(+VS)500毫伏或更多。电路中发生的大部分情况取决于电源特性。如果+VS可以吸收电流,则上部输入转向二极管之一将电流导至+与过度随着车辆识别号(VIN)越来越高,电流水平可能会越来越高。因此,数据表规范建议应用程序将输入电流限制在10mA。
如果电源不能吸收电流,VIN可以开始向运算放大器提供电流,然后作为正电源电压源接管。这种情况下的危险是电压可能上升到超过运算放大器绝对最大额定值的水平。在极端但罕见的情况下,吸收装置会在+VS和-VS作用时触发。如果发生此事件,则在+VS和–VS电源之间建立直流路径。吸收装置的功耗很快就被超过,极端的内部加热会破坏运算放大器。
另一个常见的问题是,当电源+VS和/或-VS为0V时,如果输入信号被施加到输入端,放大器会发生什么情况。同样,这取决于在0V或低于输入信号幅度的电平下的电源特性。如果电源显示为高阻抗,则运算放大器电源电流可由输入源通过电流控制提供二极管。这个状态不是正常的偏压状态;放大器很可能不会正常工作。如果电源阻抗低,则通过转向二极管的电流可能会变得相当高。电流水平取决于输入源传输电流的能力,以及输入路径中的任何电阻。
如果电源吸收电流的能力存在不确定性,可以在电源引脚上添加外部齐纳二极管,如图34所示。必须选择齐纳电压,使二极管在正常运行期间不会打开。然而,它的齐纳电压应该足够低,以便齐纳二极管在电源引脚开始上升到高于安全工作电源电压水平时导通。

应用电路


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