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：

–熱關機

–輸出電流受限

•熱關機指示燈

•寬輸出擺幅：距軌道2 V

•快速轉換率：

–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

應用

•電話

•測試設備

•音頻放大器

•傳感器勵磁

•伺服驅動器

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，轉換率為24v/μ帶寬為12mhz。適用于音頻和伺服設備的測試。

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

OPA55x設備具有內部保護，可防止過熱條件和電流超負荷熱關機指示標志提供電流輸出，在發(fā)生熱關機時提醒用戶。

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

設備信息

（1）、有關所有可用的軟件包，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。

詳細說明

概述

OPA55x器件是一種低成本、激光微調的運算放大器，具有突出的低電平精度和高輸出擺幅的特點。在廣泛的應用中，當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

熱關機

內部熱關機電路在模具溫度達到大約160°C時關閉輸出，當模具冷卻到140°C時復位。可以監(jiān)控標志引腳，以確定是否發(fā)生了關機。在正常工作期間，來自標志引腳的電流源小于50毫安。停機期間，標志引腳的電源為120μA（典型）。

電流限制

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

輸入保護

OPA55x采用內部箝位二極管，當電壓超過電源軌時保護輸入。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

OPA55x具有熱關機電路，可保護放大器免受過載情況造成的損壞。當結溫達到約160°C時，熱保護電路將禁用輸出，使設備冷卻。當結溫冷卻到大約140°C時，輸出電路將自動重新啟用。

熱關機功能不是用來代替適當?shù)纳帷彡P機電路的激活表明功耗過大或散熱片不足。連續(xù)運行放大器進入熱關機狀態(tài)會降低可靠性。

可監(jiān)控熱關機指示燈（標志）引腳，以確定是否發(fā)生停機。在正常操作期間，標志引腳的電流輸出通常為50毫安。在停機期間，來自標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志輸出電流范圍內的邏輯高電平。

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）標志電流。邏輯電源電壓的二極管鉗位確保CMOS不會因過驅動而損壞。

設備功能模式

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

應用與實施

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

申請信息

圖27顯示了OPA551作為基本的非轉換放大器連接。OPA551可用于幾乎任何運算放大器配置。OPA552設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200毫安的輸出電流，性能優(yōu)異。

典型應用

設計要求

•在±15 V至±30 V的電源下運行

•驅動高達1A的被動和無功負載

•驅動大型電容性負載

•工作溫度高達125°C

詳細設計程序

電容性負載

OPA55x的動態(tài)特性已經針對常見的增益、負載和操作條件進行了優(yōu)化。低閉環(huán)增益和電容性負載的結合降低了相位裕度，并可能導致增益峰值或振蕩。圖28顯示了一個在10nF電容負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。有關更多信息，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動所需負載的應用中，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1A的輸出電流。或者，考慮用于高輸出電流驅動的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或更高的應用，但是可以在逆變配置中使用外部補償技術來利用低增益中的高轉換率。這種技術保持了OPA552體系結構在低頻下的低噪聲特性。根據(jù)應用情況，可能會導致高頻噪聲的小幅度增加。這項技術塑造了回路增益，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。

僅考慮圖31電路的噪聲增益（非反轉信號增益），低頻噪聲增益（NG1）由電阻比設定，而高頻噪聲增益（NG2）由電容器比率設定。電容值設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設置的噪聲增益極被正確放置，則會產生一個非常好控制的二階低通頻率響應。

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）的目標必須大于OPA552的最小穩(wěn)定增益。在圖31所示的電路中，目標NG2為10。其次，圖31所示的信號增益-1將低頻噪聲增益設置為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（Q=0.707）為目標，可以找到補償中的關鍵頻率。

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所預測的頻率要小。補償網絡將帶寬控制在一個較低的值，同時在輸出端提供全轉換率，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，無需對寄生進行調整。

通過檢查實際負載條件下的小信號階躍響應，優(yōu)化實際電路值。圖32顯示了該OPA552，G=-1電路在500 pF負載下的小信號階躍響應。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將其轉換為μV/V：

（1）

對于OPA55x，在整個共模范圍內±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用條件下指定偏移電壓的偏移量。例如，一個常見的應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，但在應用中共模電壓為–6伏。

本例中最壞情況下預期偏移量的計算由公式2和公式3計算。

應用曲線

圖33顯示了圖28中電路的小信號階躍響應。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，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60伏的情況下工作。例如，正電源可以設置為50 V，負極電源設置為–10 V，反之亦然。

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

注意

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

DDPAK/TO-263封裝的凸耳與負極電源（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部功耗可能相當大。OPA55x的許多規(guī)格都是針對特定的結溫。如果器件不受內部自加熱，則結溫與環(huán)境溫度相同。然而，在實際應用中，器件自發(fā)熱，結溫明顯高于環(huán)境溫度。在確定結溫后，可以根據(jù)性能曲線確定隨結溫變化的性能參數(shù)。可以進行以下計算，以確定結溫是環(huán)境溫度和應用條件的函數(shù)。

在負載為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：

由此產生的結溫可在式8和式9中計算：

式中：

•TJ=結溫（°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，結溫為92.5°C。

要估計完整設計（包括散熱器）的安全余量，請?zhí)岣攮h(huán)境溫度，直到熱保護激活。使用最壞情況下的負載和信號條件。為了獲得良好的可靠性，熱保護必須觸發(fā)高于給定應用的最大預期環(huán)境條件35℃以上的溫度。此限值可確保在最大預期環(huán)境條件下的最高結溫為125°C。

如果OPA551或OPA552用于需要超過0.5w連續(xù)功耗的應用，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，更容易適應散熱器。

單個電源（或不平衡電源）的操作可以產生更大的功耗，因為可以在導電輸出晶體管上施加更大的電壓。有關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，當負載為200毫安時，輸出電壓在電源軌的3.5伏以內。將電源設置為不超過應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沒有散熱片的電路板上的器件。當輸出晶體管上的電壓（VS–VO）增加時，安全輸出電流減小。有關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-）穿過導電晶體管，并產生380毫安的典型輸出電流。對于±30-V電源，此配置可產生11.4 W的內部功耗。此功耗遠遠超過最大額定值，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中消耗的功率導致結溫升高。為確保可靠運行，將結溫限制在125°C。許多應用需要散熱器，以確保不會超過最高工作結溫度。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，直到熱保護激活。使用最壞情況下的負載和信號條件。為了獲得良好的可靠性，熱保護必須觸發(fā)高于應用的最大預期環(huán)境條件25°C以上的溫度。在最大預期環(huán)境條件下，該水平產生125°C的結溫。

機械、包裝和可訂購信息

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

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