特征

•寬電源范圍：±4 V至±30 V

•高輸出電流：200毫安連續(xù)

•低噪聲：14 nV/√Hz

•完全保護(hù)：

–熱關(guān)機(jī)

–輸出電流受限

•熱關(guān)機(jī)指示燈

•寬輸出擺幅：距軌道2 V

•快速轉(zhuǎn)換率：

–OPA551:15伏/微秒

–OPA552:24伏/微秒

•寬帶：

–OPA551:3兆赫

–OPA552:12兆赫

•包裝：PDIP-8、SOIC-8或DDPAK/TO-263-7

應(yīng)用

•電話

•測試設(shè)備

•音頻放大器

•傳感器勵磁

•伺服驅(qū)動器

說明

OPA551x器件是低成本運算放大器，具有高電壓（60-V）和大電流（200毫安）能力。

OPA551是單位增益穩(wěn)定的，具有高轉(zhuǎn)換率（15v/μs）和寬帶寬（3mhz）。OPA552的優(yōu)化增益為5或更高，并提供更高的速度，轉(zhuǎn)換率為24v/μ帶寬為12mhz。適用于音頻和伺服設(shè)備的測試。

這些激光微調(diào)，單片集成電路提供了優(yōu)良的低電平精度與高輸出擺幅。當(dāng)放大器擺動到規(guī)定的極限時，仍能保持高性能。

OPA55x設(shè)備具有內(nèi)部保護(hù)，可防止過熱條件和電流超負(fù)荷熱關(guān)機(jī)指示標(biāo)志提供電流輸出，在發(fā)生熱關(guān)機(jī)時提醒用戶。

OPA55x設(shè)備有PDIP-8和SOIC-8封裝，以及DDPAK-7/TO-263表面貼裝塑料電源包。它們適用于在擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍（-40°C至+125°C）范圍內(nèi)運行。

設(shè)備信息

（1）、有關(guān)所有可用的軟件包，請參閱數(shù)據(jù)表末尾的訂購附錄。

簡化功能圖

典型特征

TJ=25°C時，VS=±30 V，RL=3 kΩ，除非另有說明。

詳細(xì)說明

概述

OPA55x器件是一種低成本、激光微調(diào)的運算放大器，具有突出的低電平精度和高輸出擺幅的特點。在廣泛的應(yīng)用中，當(dāng)這些放大器擺動到指定的器件極限時，仍能保持較高的器件性能。OPA551是單位增益穩(wěn)定，而OPA552是優(yōu)化增益為5或更大。

功能框圖

特性描述

熱關(guān)機(jī)

內(nèi)部熱關(guān)機(jī)電路在模具溫度達(dá)到大約160°C時關(guān)閉輸出，當(dāng)模具冷卻到140°C時復(fù)位。可以監(jiān)控標(biāo)志引腳，以確定是否發(fā)生了關(guān)機(jī)。在正常工作期間，來自標(biāo)志引腳的電流源小于50毫安。停機(jī)期間，標(biāo)志引腳的電源為120μA（典型）。

電流限制

OPA55x器件設(shè)計有內(nèi)部限流電路，將輸出電流限制在大約380毫安。電流限制隨結(jié)溫的增加而變化，如圖11所示。此功能與熱保護(hù)電路結(jié)合，可提供多種過載保護(hù)，包括對地短路。

輸入保護(hù)

OPA55x采用內(nèi)部箝位二極管，當(dāng)電壓超過電源軌時保護(hù)輸入。但是，輸入電流必須限制在5毫安。在某些情況下，可能需要外部串聯(lián)電阻器。許多輸入信號固有電流限制；因此，可能不需要限制電阻器。考慮到一個大的串聯(lián)電阻，加上輸入電容，會影響穩(wěn)定性。

熱保護(hù)

OPA55x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，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，輸出電路將自動重新啟用。

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)運行放大器進(jìn)入熱關(guān)機(jī)狀態(tài)會降低可靠性。

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50毫安。在停機(jī)期間，來自標(biāo)志引腳的電流輸出增加到120μA（典型值）。這種電流輸出允許與外部邏輯連接。關(guān)于實現(xiàn)此功能的兩個示例，請參閱圖25和圖26。

HCT邏輯具有較好的邏輯控制水平。一個正確選擇的電阻值可以確保在整個標(biāo)志輸出電流范圍內(nèi)的邏輯高電平。

通過選擇電阻值與幾乎任何CMOS邏輯門接口，該電阻值提供了保證的邏輯高電壓和最小（80μa）標(biāo)志電流。邏輯電源電壓的二極管鉗位確保CMOS不會因過驅(qū)動而損壞。

設(shè)備功能模式

OPA551和OPA552具有單一功能模式。當(dāng)電源電壓高于8V且結(jié)溫低于160°C時，該裝置可工作。

應(yīng)用與實施

注意：以下應(yīng)用章節(jié)中的信息不是TI組件規(guī)范的一部分，TI不保證其準(zhǔn)確性或完整性。TI的客戶負(fù)責(zé)確定組件的適用性。客戶應(yīng)驗證和測試其設(shè)計實現(xiàn)，以確認(rèn)系統(tǒng)功能。

申請信息

圖27顯示了OPA551作為基本的非轉(zhuǎn)換放大器連接。OPA551可用于幾乎任何運算放大器配置。OPA552設(shè)計用于增益大于等于5的配置。電源端子必須在電源插腳附近用0.1-μF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。OPA55x可提供高達(dá)200毫安的輸出電流，性能優(yōu)異。

典型應(yīng)用

設(shè)計要求

•在±15 V至±30 V的電源下運行

•驅(qū)動高達(dá)1A的被動和無功負(fù)載

•驅(qū)動大型電容性負(fù)載

•工作溫度高達(dá)125°C

詳細(xì)設(shè)計程序

電容性負(fù)載

OPA55x的動態(tài)特性已經(jīng)針對常見的增益、負(fù)載和操作條件進(jìn)行了優(yōu)化。低閉環(huán)增益和電容性負(fù)載的結(jié)合降低了相位裕度，并可能導(dǎo)致增益峰值或振蕩。圖28顯示了一個在10nF電容負(fù)載下保持相位裕度的電路。圖33顯示了圖28中電路的小信號階躍響應(yīng)。有關(guān)更多信息，請咨詢SBOA015。

增加輸出電流

在那些200毫安的輸出電流不足以驅(qū)動所需負(fù)載的應(yīng)用中，輸出電流可以通過并聯(lián)連接兩個或多個OPA551或OPA552s來增加，如圖29所示。放大器A1是主放大器，實際上可以配置在運算放大器電路中。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30中的電路能夠提供高達(dá)1A的輸出電流。或者，考慮用于高輸出電流驅(qū)動的OPA547、OPA548和OPA549系列功率運算放大器，以及可編程電流限制和輸出禁用功能。

在低增益中使用OPA552

OPA552系列用于信號增益為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)來利用低增益中的高轉(zhuǎn)換率。這種技術(shù)保持了OPA552體系結(jié)構(gòu)在低頻下的低噪聲特性。根據(jù)應(yīng)用情況，可能會導(dǎo)致高頻噪聲的小幅度增加。這項技術(shù)塑造了回路增益，以獲得良好的穩(wěn)定性，同時提供易于控制的二階低通頻率響應(yīng)。

僅考慮圖31電路的噪聲增益（非反轉(zhuǎn)信號增益），低頻噪聲增益（NG1）由電阻比設(shè)定，而高頻噪聲增益（NG2）由電容器比率設(shè)定。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，則會產(chǎn)生一個非常好控制的二階低通頻率響應(yīng)。

要同時選擇CS和CF的值，必須求解兩個參數(shù)和三個方程。首先，高頻噪聲增益（NG2）的目標(biāo)必須大于OPA552的最小穩(wěn)定增益。在圖31所示的電路中，目標(biāo)NG2為10。其次，圖31所示的信號增益-1將低頻噪聲增益設(shè)置為NG1=1+RF/RG（=本例中為2）。利用這兩個增益，知道OPA552（12mhz）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。

對于圖31所示的值，f–3dB約為956 kHz。這個頻率比簡單地用英鎊除以NG1所預(yù)測的頻率要小。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將帶寬控制在一個較低的值，同時在輸出端提供全轉(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31中所示的電容值是針對NG1=2和NG2=10計算的，無需對寄生進(jìn)行調(diào)整。

通過檢查實際負(fù)載條件下的小信號階躍響應(yīng)，優(yōu)化實際電路值。圖32顯示了該OPA552，G=-1電路在500 pF負(fù)載下的小信號階躍響應(yīng)。它很健康，沒有振蕩的趨勢。如果移除CS和CF，電路將變得不穩(wěn)定。

偏移電壓誤差計算

OPA51和OPA552的偏移電壓（VOS）由±30 V電源和電源之間的共模電壓（VS/2=0 V）規(guī)定。提供了電源抑制和共模抑制的附加規(guī)范，以允許用戶在給定應(yīng)用條件下輕松計算最壞情況除外偏移。

電源抑制比（PSRR）以μV/V表示。對于OPA55x，最壞情況下的PSRR為30μV/V，這意味著對于總電源電壓的每一伏變化，偏移量最多可偏移30μV/V。共模抑制比（CMRR）以dB為單位，可使用方程式1將其轉(zhuǎn)換為μV/V：

（1）

對于OPA55x，在整個共模范圍內(nèi)±30 mV電源條件下，最壞情況下的CMRR為96 dB，或約為15.8μV/V。這一結(jié)果意味著共模中每改變一伏電壓，偏移量最多可偏移15.8μV。這些數(shù)字可用于計算不同應(yīng)用條件下指定偏移電壓的偏移量。例如，一個常見的應(yīng)用程序可能會將放大器配置為-48伏單電源，以及-6伏共模電源。此配置表示電源的12伏變化：偏移規(guī)格中為±30伏或60伏，而在應(yīng)用中為48伏。此外，此配置的共模電壓變化為18伏：VS/2=–24伏是這些電源的規(guī)格，但在應(yīng)用中共模電壓為–6伏。

本例中最壞情況下預(yù)期偏移量的計算由公式2和公式3計算。

應(yīng)用曲線

圖33顯示了圖28中電路的小信號階躍響應(yīng)。更多信息，請咨詢AB-028。

電源建議

電源

OPA55x可在±4 V至±30 V或總電壓為60 V的電源下工作，并具有良好的性能。在整個工作電壓范圍內(nèi)，大多數(shù)特性保持不變。中顯示了隨工作電壓顯著變化的參數(shù)典型特征。

對于不需要對稱輸出電壓擺幅的應(yīng)用，電源電壓不需要相等。OPA55x可在電源之間的電壓低至8伏或電源之間的電壓高達(dá)60伏的情況下工作。例如，正電源可以設(shè)置為50 V，負(fù)極電源設(shè)置為–10 V，反之亦然。

SOIC-8封裝外形顯示三個負(fù)電源（V-）引腳。這些引腳內(nèi)部連接，以提高熱性能。

注意

針腳4必須用作負(fù)極電源的主載流器。建議不要將針腳1和5直接連接到V–。相反，將針腳1和5連接到熱質(zhì)量上。不要將印刷電路板（PCB）布置為使用引腳1和5作為負(fù)極電源的引線。這樣的配置會導(dǎo)致性能降低。

DDPAK/TO-263封裝的凸耳與負(fù)極電源（V-）電連接。但是，此連接不得用于載流。為了獲得最佳的熱性能，請將凸耳直接焊接到PCB銅區(qū)域（參見散熱部分）。

布局

布局指南

電路板必須有盡可能多的接地板面積。電源和輸出軌跡的大小必須能夠處理所需的電流。盡可能使輸入和輸出端子分開。

布局示例

功耗

這些運算放大器的內(nèi)部功耗可能相當(dāng)大。OPA55x的許多規(guī)格都是針對特定的結(jié)溫。如果器件不受內(nèi)部自加熱，則結(jié)溫與環(huán)境溫度相同。然而，在實際應(yīng)用中，器件自發(fā)熱，結(jié)溫明顯高于環(huán)境溫度。在確定結(jié)溫后，可以根據(jù)性能曲線確定隨結(jié)溫變化的性能參數(shù)。可以進(jìn)行以下計算，以確定結(jié)溫是環(huán)境溫度和應(yīng)用條件的函數(shù)。

在負(fù)載為600Ω，輸出電壓為15 V的電路配置中，考慮OPA551。電源電壓為±30 V，環(huán)境溫度（TA）為40°C。8針PDIP封裝的θJA為100°C/W。

首先，運算放大器的內(nèi)部加熱如等式4所示：

（4）

輸出電流（IO）可在方程式5中計算：

（5）

放大器輸出晶體管中的功率耗散（PD）可在等式6和方程7中計算：

由此產(chǎn)生的結(jié)溫可在式8和式9中計算：

式中：

•TJ=結(jié)溫（°C）

•TA=環(huán)境溫度（°C）

•θJA=接頭到空氣的熱阻（°C/W）

對于DDPAK/TO-263封裝，θJA為65°C/W，無散熱，結(jié)溫為92.5°C。

要估計完整設(shè)計（包括散熱器）的安全余量，請?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)載和信號條件。為了獲得良好的可靠性，熱保護(hù)必須觸發(fā)高于給定應(yīng)用的最大預(yù)期環(huán)境條件35℃以上的溫度。此限值可確保在最大預(yù)期環(huán)境條件下的最高結(jié)溫為125°C。

如果OPA551或OPA552用于需要超過0.5w連續(xù)功耗的應(yīng)用，TI建議使用DDPAK/to-263封裝選項。DDPAK/TO-263具有優(yōu)越的散熱特性，更容易適應(yīng)散熱器。

單個電源（或不平衡電源）的操作可以產(chǎn)生更大的功耗，因為可以在導(dǎo)電輸出晶體管上施加更大的電壓。有關(guān)如何計算或測量功耗的更多信息，請咨詢SBOA022。

通過使用盡可能低的電源電壓，可以將功耗降到最低。例如，當(dāng)負(fù)載為200毫安時，輸出電壓在電源軌的3.5伏以內(nèi)。將電源設(shè)置為不超過應(yīng)用程序所需的最大輸出電壓擺幅3.5 V，以將功耗降至最低。

安全操作區(qū)

安全操作區(qū)（SOA）曲線圖35、圖36和圖37顯示了電壓和電流的允許范圍。這些曲線顯示的是焊接到?jīng)]有散熱片的電路板上的器件。當(dāng)輸出晶體管上的電壓（VS–VO）增加時，安全輸出電流減小。有關(guān)SOA的更多信息，請咨詢AB-039。

輸出短路對SOA來說是一個非常苛刻的情況。對地短路迫使整個電源電壓（V+或V-）穿過導(dǎo)電晶體管，并產(chǎn)生380毫安的典型輸出電流。對于±30-V電源，此配置可產(chǎn)生11.4 W的內(nèi)部功耗。此功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最大額定值，不建議使用。如果必須在該區(qū)域操作，請使用帶散熱片的DDPAK/TO-263包裝。

散熱

OPA551或OPA552中消耗的功率導(dǎo)致結(jié)溫升高。為確保可靠運行，將結(jié)溫限制在125°C。許多應(yīng)用需要散熱器，以確保不會超過最高工作結(jié)溫度。所需的散熱片取決于功耗和環(huán)境條件。

為了散熱，DDPAK/TO-263的凸耳通常直接焊接到PCB銅區(qū)。增加銅面積可以改善散熱。圖38顯示了從接頭到周圍環(huán)境的典型熱阻與銅面積的關(guān)系。

可能需要額外的下沉條件。Aavid Thermal Products Inc.制造表面貼裝式散熱器，專門用于DDPAK/TO-263封裝。

要估計完整設(shè)計（包括散熱器）的安全余量，請?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)載和信號條件。為了獲得良好的可靠性，熱保護(hù)必須觸發(fā)高于應(yīng)用的最大預(yù)期環(huán)境條件25°C以上的溫度。在最大預(yù)期環(huán)境條件下，該水平產(chǎn)生125°C的結(jié)溫。

機(jī)械、包裝和可訂購信息

以下頁面包括機(jī)械、包裝和可訂購信息。此信息是指定設(shè)備可用的最新數(shù)據(jù)。本數(shù)據(jù)如有變更，恕不另行通知，也不作修改。有關(guān)本數(shù)據(jù)表基于瀏覽器的版本，請參閱左側(cè)導(dǎo)航。

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