特征

●供電范圍廣：

±10V至±40V

●高輸出負(fù)載驅(qū)動(dòng)：

50mA連續(xù)

●寬輸出電壓擺幅：1V至軌道

●完全保護(hù)：

—熱關(guān)機(jī)

—輸出電流限制

●工作溫度范圍廣：

–40°C至+125°C

●包裝選項(xiàng)：

—至220-7

—DDPACK-7表面安裝

應(yīng)用

●壓電電池

●試驗(yàn)設(shè)備

●音頻放大器

●傳感器驅(qū)動(dòng)器

●伺服驅(qū)動(dòng)器

說明

OPA452和OPA453是低成本運(yùn)算放大器，具有高壓（80V）和大電流能力（50mA）。OPA452是單位增益穩(wěn)定的，增益帶寬積為1.8MHz，而OPA453的增益大于5，帶寬為7.5MHz。

OPA452和OPA453具有內(nèi)部保護(hù)，可防止過熱和電流過載。可使用范圍為±10V至±40V的電源。與大多數(shù)其他電源運(yùn)算放大器不同，OPA452和OPA453確保了整個(gè)電源范圍內(nèi)的規(guī)格。

這些激光微調(diào)，單片集成電路提供了優(yōu)良的低電平精度與廣泛的輸出搖擺。特別的設(shè)計(jì)上的考慮保證了產(chǎn)品易于使用，并且不存在其他放大器中常見的相位反轉(zhuǎn)問題。

OPA452和OPA453有TO220-7和DDPAK-7選項(xiàng)。它們適用于-40°C至+125°C的結(jié)溫范圍。

注：凸耳與V電源電連接。

典型特征

TJ=+25°C，VS=±40V，RL=3.8kΩ時(shí)，除非另有說明。

除非另有說明，否則所有溫度均為結(jié)溫。請(qǐng)參閱應(yīng)用信息部分，根據(jù)特定配置的環(huán)境溫度計(jì)算結(jié)溫。

應(yīng)用程序信息

圖1顯示了OPA452作為基本的非互易放大器連接。OPA452可用于幾乎任何運(yùn)算放大器配置。OPA453設(shè)計(jì)用于增益大于等于5的配置。電源端子應(yīng)在電源插腳附近用0.1μF或更大的電容器繞過。確保電容器的額定值與所用電源電壓相匹配。OPA452和OPA453可以提供高達(dá)50mA的輸出電流，性能優(yōu)異。

電流限制

OPA452和OPA453設(shè)計(jì)有內(nèi)部限流電路，可將輸出電流限制在約125mA。在典型的電流和電壓的限制下，隨著電流和溫度的變化而略有變化。電流限制，結(jié)合熱保護(hù)電路，提供保護(hù)，以防止大多數(shù)類型的過載情況，包括對(duì)地短路。

熱防護(hù)

OPA452和OPA453具有熱關(guān)機(jī)電路，可保護(hù)放大器免受過載情況造成的損壞。當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約160°C時(shí)，熱保護(hù)電路將禁用輸出，使設(shè)備冷卻。當(dāng)結(jié)溫冷卻到大約140°C時(shí)，輸出電路將自動(dòng)重新啟用。

熱關(guān)機(jī)功能不是用來代替適當(dāng)?shù)纳帷彡P(guān)機(jī)電路的激活表明功耗過大或散熱片不足。連續(xù)運(yùn)行放大器進(jìn)入熱關(guān)機(jī)狀態(tài)會(huì)降低可靠性。

可監(jiān)控?zé)彡P(guān)機(jī)指示燈（標(biāo)志）引腳，以確定是否發(fā)生停機(jī)。在正常操作期間，標(biāo)志引腳的電流輸出通常為50nA。停機(jī)期間，標(biāo)志引腳的電流輸出增加到140μA（典型值）。這種電流輸出允許與外部邏輯連接。圖2顯示了實(shí)現(xiàn)此功能的兩個(gè)示例。

電源

可在總輸出電壓為45V至45V的條件下工作。在整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)，大多數(shù)特性保持不變。典型特性中顯示了隨工作電壓顯著變化的參數(shù)。

對(duì)于不需要對(duì)稱輸出電壓擺幅的應(yīng)用，電源電壓不需要相等。OPA452和OPA453可以在電源之間的電壓低至20V或電源之間的電壓高達(dá)80V的情況下工作。例如，正極電源可以設(shè)置為70V，負(fù)極電源設(shè)置為–10V，反之亦然。

DDPAK-7和TO220封裝的凸耳與負(fù)極電源（V-）電連接，但是，這些連接不應(yīng)用于載流。為了獲得最佳的熱性能，標(biāo)簽應(yīng)該直接焊接到電路板的銅區(qū)域（見散熱部分）。

功率損耗

這些運(yùn)算放大器的內(nèi)部功耗可能相當(dāng)大。OPA452和OPA453的所有規(guī)格可能會(huì)隨結(jié)溫而變化。如果裝置不進(jìn)行內(nèi)部自加熱，則結(jié)溫將與環(huán)境溫度相同。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，器件會(huì)自發(fā)熱，結(jié)溫會(huì)明顯高于環(huán)境溫度。可以進(jìn)行以下計(jì)算，以確定結(jié)溫是環(huán)境溫度和應(yīng)用條件的函數(shù)。

考慮OPA452的電路配置，其中負(fù)載為600Ω，輸出電壓為20V。電源為±40V，環(huán)境溫度（TA）為40°C。封裝+散熱器的θJA為30°C/W。

首先，運(yùn)算放大器的靜態(tài)加熱如下：

可計(jì)算輸出電流（IO）：

放大器輸出晶體管中的功耗（PD）可計(jì)算為：

由此產(chǎn)生的結(jié)溫可計(jì)算為：

式中，

VO=輸出電壓

VS=電源電壓

IO=輸出電流

RL=負(fù)載電阻

TJ=結(jié)溫（°C）

TA=環(huán)境溫度（°C）

θJA=接頭對(duì)空氣的熱阻（°C/W）

要估計(jì)完整設(shè)計(jì)（包括散熱器）的安全裕度，請(qǐng)?zhí)岣攮h(huán)境溫度，直到熱保護(hù)激活。使用最壞情況下的負(fù)載和信號(hào)條件。為了獲得良好的可靠性，熱保護(hù)應(yīng)觸發(fā)高于應(yīng)用的最大預(yù)期環(huán)境條件+35°C以上的溫度。這可確保在最大預(yù)期環(huán)境條件下的最高結(jié)溫為+125°C。

單個(gè)電源（或不平衡電源）的操作可以產(chǎn)生更大的功耗，因?yàn)榭梢栽趯?dǎo)電輸出晶體管上施加更大的電壓。

通過使用盡可能低的電源電壓，可以將功耗降到最低。例如，在50mA負(fù)載下，輸出將在電源軌的5.0V范圍內(nèi)擺動(dòng)。將電源設(shè)置為不超過應(yīng)用所需的最大輸出電壓擺幅5.0V，將使功耗最小化。

安全操作區(qū)

安全操作區(qū)（SOA曲線，圖3）顯示了電壓和電流的允許范圍。當(dāng)輸出晶體管上的電壓（VS–VO）增加時(shí)，安全輸出電流減小。要進(jìn)一步了解SOA，請(qǐng)參閱應(yīng)用程序報(bào)告SBOA022。

輸出短路對(duì)SOA來說是一個(gè)非常苛刻的情況。對(duì)地短路迫使整個(gè)電源電壓（V+或V-）穿過導(dǎo)電晶體管，并產(chǎn)生典型的125mA輸出電流。對(duì)于±40V電源，這將產(chǎn)生10W的內(nèi)部損耗。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)際散熱范圍，因此不建議使用。如果無法避免在該區(qū)域進(jìn)行操作，請(qǐng)使用帶有散熱器的部件。

散熱

在OPA452或OPA453中消耗的功率將導(dǎo)致結(jié)溫升高。為確保可靠運(yùn)行，結(jié)溫應(yīng)限制在+125°C。許多應(yīng)用將需要一個(gè)散熱器，以確保不會(huì)超過最高工作結(jié)溫度。所需的散熱片取決于消耗的功率和環(huán)境條件。

為了散熱，DDPAK的凸耳通常直接焊接到電路板的銅區(qū)。增加銅面積可以改善散熱。圖4顯示了從接頭到周圍環(huán)境的典型熱阻隨銅面積的變化。

根據(jù)情況，可能需要額外的散熱。Aavid熱產(chǎn)品公司制造表面貼裝式散熱器，專門設(shè)計(jì)用于這些封裝。

電容性負(fù)載

OPA452和OPA453的動(dòng)態(tài)特性已經(jīng)針對(duì)常見的增益、負(fù)載和操作條件進(jìn)行了優(yōu)化。低閉合環(huán)路增益和電容性負(fù)載的結(jié)合會(huì)降低相位裕度，并可能導(dǎo)致增益峰值或振蕩。圖5顯示了一個(gè)在容性負(fù)載下保持相位裕度的電路。圖6顯示了圖5中電路的小信號(hào)階躍響應(yīng)。

增加輸出電流

在50mA輸出電流不足以驅(qū)動(dòng)所需負(fù)載的應(yīng)用中，可通過并聯(lián)連接兩個(gè)或多個(gè)OPA452s或OPA453s來增加輸出電流，如圖7所示。實(shí)際上，任何放大器都可以配置在主放大器電路中。從放大器A2被配置為單位增益緩沖器。或者，可以使用外部輸出晶體管來提高輸出電流。圖8中的電路能夠提供高達(dá)1A的輸出電流。或者，OPA547、OPA548和OPA549系列功率運(yùn)算放大器應(yīng)考慮用于高輸出電流驅(qū)動(dòng)，以及可編程電流限制和輸出禁用功能。

輸入保護(hù)

OPA452和OPA453具有內(nèi)部箝位二極管，當(dāng)遇到超過電源軌的電壓時(shí)保護(hù)輸入。但是，輸入電流應(yīng)限制在5mA。在某些情況下，可能需要外部串聯(lián)電阻器。許多輸入信號(hào)固有電流限制，因此，可能不需要限制電阻器。請(qǐng)考慮一個(gè)大的串聯(lián)電阻，加上輸入電容，會(huì)影響穩(wěn)定性。

在低增益中使用OPA453

OPA453用于信號(hào)增益為5或更高的應(yīng)用，但是可以在逆變配置中使用外部補(bǔ)償技術(shù)在較低增益下利用其高轉(zhuǎn)換率。這種技術(shù)保持了OPA453架構(gòu)在低頻下的低噪聲特性。根據(jù)應(yīng)用情況，可能會(huì)導(dǎo)致高頻噪聲的小幅度增加。這項(xiàng)技術(shù)形狀的環(huán)路增益良好的穩(wěn)定性，同時(shí)提供一個(gè)容易控制的二階低通頻率響應(yīng)。

僅考慮圖9電路的噪聲增益（非反轉(zhuǎn)信號(hào)增益），低頻噪聲增益（NG1）將由電阻比設(shè)置，而高頻噪聲增益（NG2）將由電容器比率設(shè)置。電容值設(shè)置了過渡頻率和高頻噪聲增益。如果由NG2=1+CS/CF確定的噪聲增益被設(shè)置為大于運(yùn)算放大器的建議最小穩(wěn)定增益的值，并且由1/RFCF設(shè)置的噪聲增益極被正確放置，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非常好控制的二階低通頻率響應(yīng)。

要同時(shí)選擇CS和CF的值，只需求解兩個(gè)參數(shù)和三個(gè)方程。首先，高頻噪聲增益（NG2）的目標(biāo)值應(yīng)大于OPA453的最小穩(wěn)定增益。在電路中在圖9中，使用10的目標(biāo)NG2。其次，圖10中的信號(hào)增益–1將低頻噪聲增益設(shè)置為NG1=1+RF/RG（=本例中為2）。利用這兩個(gè)增益，了解OPA453（7.5MHz）的增益帶寬積（GBP），并以最大平坦的二階低通巴特沃斯頻率響應(yīng)（Q=0.707）為目標(biāo)，可以找到補(bǔ)償中的關(guān)鍵頻率。

對(duì)于圖9中的值，f–3dB約為180kHz。這比簡(jiǎn)單地用英鎊除以NG1所預(yù)測(cè)的要少。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將帶寬控制在一個(gè)較低的值，同時(shí)在輸出端提供良好的轉(zhuǎn)換率，并且由于在NG1•Z0以下的頻率下增加了環(huán)路增益，因此具有優(yōu)異的失真性能。圖10中的電容值是針對(duì)NG1=2和NG2=10計(jì)算的，無寄生調(diào)整。

實(shí)際電路值可以通過檢查實(shí)際負(fù)載條件下的小信號(hào)階躍響應(yīng)來優(yōu)化。該OPA453，G=-1電路在1000pF負(fù)載下的小信號(hào)階躍響應(yīng)見圖9。它性能良好，沒有振蕩的趨勢(shì)。如果去掉CS和CF，電路將不穩(wěn)定。

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