特征

•寬電源范圍：±5V（10V）至±50V（100V）

•高輸出負(fù)載驅(qū)動(dòng)：IO>±50mA

•寬輸出電壓擺動(dòng)：1V至軌道

•獨(dú)立輸出禁用或關(guān)閉

•溫度范圍廣：–40°C至+85°C

•軟件包：SO和HSOP PowerPAD™

應(yīng)用

•測(cè)試設(shè)備

•雪崩PHOTODIODE：高V電流感覺(jué)

•壓電電池

•傳感器驅(qū)動(dòng)器

•伺服驅(qū)動(dòng)器

•音頻放大器

•高壓合規(guī)電流源

•通用高壓調(diào)節(jié)器/電源

說(shuō)明

OPA454是一種低成本運(yùn)算放大器，具有高電壓（100V）和相對(duì)高電流驅(qū)動(dòng)（25mA）。它具有單位增益穩(wěn)定，增益帶寬積為2.5MHz。

OPA454具有內(nèi)部保護(hù)，可防止溫度過(guò)高和電流過(guò)載。它完全規(guī)定在±5V至±50V的寬電源范圍內(nèi)或在10V至100V的單電源上運(yùn)行。狀態(tài)標(biāo)志是一個(gè)開(kāi)漏極輸出，允許它很容易被標(biāo)準(zhǔn)低壓邏輯電路引用。這種高壓運(yùn)算放大器提供了優(yōu)良的精度，寬輸出擺幅，并沒(méi)有相位反轉(zhuǎn)問(wèn)題，往往是在類(lèi)似的放大器。

可以使用具有自己的公共返回引腳的啟用/禁用引腳獨(dú)立地禁用輸出，以方便與低壓邏輯電路的接口。這種禁用是在不干擾輸入信號(hào)路徑的情況下完成的，不僅節(jié)省了電力，而且保護(hù)了負(fù)載。

OPA454采用小型外露金屬墊封裝，在工業(yè)溫度范圍（-40°C至+85°C）范圍內(nèi)易于散熱。

（1）、OPA445與OPA445引腳兼容，除了在使用偏置微調(diào)和NC引腳（非開(kāi)放）的應(yīng)用中。

圖1：饋通電容電路

典型特征

TP=+25°C，VS=±50V，RL=4.8kΩ時(shí)，連接至GND，除非另有說(shuō)明。

（1）、請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用程序信息部分中的圖57。

（2）、請(qǐng)參閱應(yīng)用程序部分“單位增益非轉(zhuǎn)換配置”。

（3）、請(qǐng)參閱應(yīng)用程序部分“單位增益非轉(zhuǎn)換配置”。

（4）、請(qǐng)參閱應(yīng)用程序部分“單位增益非轉(zhuǎn)換配置”。

（5）、見(jiàn)“沉降時(shí)間”一節(jié)。

（6）、電壓在V1和V2的電網(wǎng)按比例為20mV或0.1%。

（7）、見(jiàn)“沉降時(shí)間”一節(jié)。

（8）、電壓在V1和V2的電網(wǎng)按比例為20mV或0.1%。

（9）、OPA454與足夠的散熱裝置相連，以防止熱關(guān)機(jī)。

（10）、OPA454與足夠的散熱裝置相連，以防止熱關(guān)機(jī)。

（11）、OPA454與足夠的散熱裝置相連，以防止熱關(guān)機(jī)。

應(yīng)用程序信息

圖57顯示了OPA454作為基本的非轉(zhuǎn)換放大器連接。OPA454可用于幾乎任何±5V至±50V運(yùn)放配置。它特別適用于大于36V的電源電壓。

電源端子應(yīng)使用0.1μF（或更高）電容器繞過(guò)，電容器位于電源引腳附近。確保電容器的額定值與所用電源電壓相匹配。

電源

OPA454可在高達(dá)±50V或總電壓為100V的電源下工作，具有優(yōu)異的性能。在整個(gè)工作電壓下，大多數(shù)行為保持不變范圍。參數(shù)典型特性中顯示了隨工作電壓的顯著變化。

有些應(yīng)用不需要相等的正、負(fù)輸出電壓擺幅。電源電壓不需要相等。OPA454在電源之間的電壓最小為10伏，電源之間的電壓為100伏。例如，正電源可以設(shè)置為90V，負(fù)電源設(shè)置為–10V，反之亦然（只要總電源小于或等于100V）。

輸入保護(hù)

OPA454增強(qiáng)了對(duì)運(yùn)算放大器輸入引腳之間電壓過(guò)高或輸入引腳電壓超過(guò)電源；保護(hù)不需要外部串聯(lián)電阻。內(nèi)部系列JFET將輸入過(guò)載電流限制為非破壞性4mA，即使輸入差分電壓高達(dá)120V。此外，OPA454在器件和基板。因此，放大器不受許多集成電路制造過(guò)程中常見(jiàn)的結(jié)隔離的限制。

降低偏移電壓和漂移

OPA454可與OPA735零漂系列運(yùn)算放大器一起使用，以創(chuàng)建具有極低輸入偏移溫度漂移的高壓運(yùn)放電路。該電路如圖58所示。

增加輸出電流

OPA454驅(qū)動(dòng)幾毫安的輸出電流到50mA以上，同時(shí)保持良好的運(yùn)算放大器性能。在不同的輸出電流水平下，開(kāi)環(huán)增益與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖7。

在25mA輸出電流不足以驅(qū)動(dòng)所需負(fù)載的應(yīng)用中，可通過(guò)并聯(lián)連接兩個(gè)或多個(gè)OPA454來(lái)增加輸出電流，如圖59所示。放大器A1是主放大器，可以配置在幾乎任何運(yùn)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(lái)提高輸出電流。圖60中的電路能夠提供高達(dá)1A的輸出電流，晶體管如圖所示。

單位增益不可逆配置

在非互易單位增益結(jié)構(gòu)下，隨著正共模電壓的增加和溫度的升高，OPA454具有更多的增益峰值。負(fù)共模電壓越大，增益峰值越小。與所有運(yùn)算放大器一樣，增益峰值隨著電容性負(fù)載的增加而增加。在反饋通道中設(shè)置電阻和小電容可以減少增益峰值，提高穩(wěn)定性。

輸入范圍

OPA454被指定為提供線性操作，輸入擺幅在任一電源的2.5V范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，+1的增益是最苛刻的配置圖61和圖62使用圖64所示的電路，顯示了當(dāng)輸入擺動(dòng)到軌道的0V范圍內(nèi)時(shí)的輸出行為。圖63顯示了一個(gè)輸入信號(hào)的行為，該信號(hào)在軌道的1V范圍內(nèi)擺動(dòng)，也使用了圖64中的電路。注意，相位反轉(zhuǎn)效應(yīng)的開(kāi)始可以通過(guò)在正輸入的連接中插入串聯(lián)電阻（RS）來(lái)減小。請(qǐng)注意，VOUT不會(huì)一直擺動(dòng)到對(duì)面的軌道。

輸出范圍

OPA454規(guī)定在49kΩ負(fù)載下擺動(dòng)至任一供電軌1V范圍內(nèi)，同時(shí)保持良好的線性。隨著輸出電流的增大，擺向軌道的幅度減小。OPA454在負(fù)載為1.88kΩ時(shí)，可以在負(fù)極導(dǎo)軌的2V和正極導(dǎo)軌的3V范圍內(nèi)擺動(dòng)。典型的特性曲線，輸出電壓擺幅vs輸出電流（圖11）詳細(xì)地顯示了這種行為。

開(kāi)環(huán)增益線性度

圖65顯示了AOL和輸出電壓的非線性關(guān)系。如圖65所示，與負(fù)電壓電平相比，正輸出電壓電平下的開(kāi)環(huán)增益更低。電氣特性表中的規(guī)格基于在兩個(gè)輸出端測(cè)得的平均增益。

沉降時(shí)間

圖66中的電路用于測(cè)量穩(wěn)定時(shí)間響應(yīng)。電路的左半部分是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的假和結(jié)測(cè)試電路，用于測(cè)量穩(wěn)定時(shí)間和開(kāi)環(huán)增益。R1和R2提供增益并允許測(cè)量，而無(wú)需將示波器探頭直接連接到求和結(jié)，這可能會(huì)通過(guò)引起振蕩來(lái)干擾適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算放大器功能。

電路的右半部分觀察反轉(zhuǎn)和非反轉(zhuǎn)響應(yīng)的組合。R5和R6去掉了大階躍響應(yīng)。V2處的剩余電壓顯示以零為中心的小信號(hào)穩(wěn)定時(shí)間。該測(cè)試電路可用于進(jìn)貨檢驗(yàn)、實(shí)時(shí)測(cè)量或在系統(tǒng)應(yīng)用中設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路。

啟用和E/D Com

如果保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，E/D Com被內(nèi)部10μA電流拉近V–（負(fù)電源）來(lái)源。什么時(shí)候左浮動(dòng)，啟用由內(nèi)部1μA電源保持在E/D Com上方約2V。即使在啟用和E/D Com引腳未連接時(shí)，OPA454的主動(dòng)操作也會(huì)產(chǎn)生，電容耦合到啟用引腳的中等快速、負(fù)向信號(hào)可以抑制1μa的上拉電流并導(dǎo)致設(shè)備關(guān)閉。這種行為可以表現(xiàn)為一種振蕩，在接近極端低溫時(shí)首次出現(xiàn)。如果不使用使能功能，保守的方法是通過(guò)30pF電容器將使能連接到低阻抗電源。另一種選擇是從V+（正電源）連接一個(gè)外部電流源，足以使使能水平保持在停機(jī)閾值以上。圖67顯示了連接ENABLE和E/D的電路Com.選擇RP為1MΩ，正電源電壓為+50V，IP=50μa。

電流限制

圖24和圖48至圖50顯示了OPA454的電流極限特性。電流限制是通過(guò)內(nèi)部限制輸出晶體管的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除非模具溫度上升到+150°C，否則輸出可以持續(xù)提供有限的電流，從而引發(fā)熱關(guān)機(jī)。在充分散熱的情況下，并使用盡可能低的電源電壓，OPA454可連續(xù)保持在電流限制內(nèi)，而不會(huì)進(jìn)入散熱狀態(tài)關(guān)機(jī)。不過(guò)鑒定研究表明，400小時(shí)熱停堆循環(huán)引起的最小參數(shù)變化，應(yīng)避免這種運(yùn)行模式，以最大限度地提高可靠性。最好提供適當(dāng)?shù)纳幔ㄍㄟ^(guò)物理板或氣流），以保持在熱關(guān)機(jī)閾值以下。為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，請(qǐng)將結(jié)溫保持在+125°C以下。

熱防護(hù)

圖68顯示了插入式OPA454的熱關(guān)機(jī)行為，其內(nèi)部耗散1W。未焊接，且在插座中，DDA封裝的θJA通常為+128°C/W。插座溫度為+25°C時(shí)，輸出級(jí)溫度上升至+150°C的關(guān)機(jī)溫度，從而觸發(fā)設(shè)備的自動(dòng)熱關(guān)機(jī)。設(shè)備保持熱關(guān)機(jī)（輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)），直到冷卻到+130°C，然后再次通電。這種熱保護(hù)遲滯特性通常可防止放大器離開(kāi)安全工作區(qū)，即使輸出與接地或任一電源之間存在直接短路。發(fā)生災(zāi)難性擊穿的軌對(duì)軌供電電壓在+25°C時(shí)通常為135V。但是，絕對(duì)最大規(guī)格為120V，在任何情況下，OPA454不應(yīng)超過(guò)120V。熱保護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法防止由電流尖峰進(jìn)入感性負(fù)載（特別是電源電壓升高）引起的故障。

功率損耗

功耗取決于電源、信號(hào)和負(fù)載條件。對(duì)于直流信號(hào)，功耗等于輸出電流乘以導(dǎo)電輸出晶體管上的電壓的乘積，PD=IL（VS–VO）。通過(guò)使用所需的盡可能低的電源電壓以確保所需的輸出電壓擺幅，可以將功耗降至最低。

當(dāng)電源輸出電壓為最大值的一半時(shí)，電阻負(fù)載發(fā)生損耗。交流信號(hào)的損耗較低，因?yàn)榫礁≧MS）值決定了加熱。應(yīng)用公告SBOA022解釋了如何計(jì)算或測(cè)量異常負(fù)載或信號(hào)的耗散。對(duì)于恒流源電路，最大功耗發(fā)生在最小輸出電壓，如圖69所示。

OPA454可提供25mA及以上的輸出電流。提供這一電流量對(duì)使用±15V電源運(yùn)行的某些運(yùn)算放大器沒(méi)有問(wèn)題。然而，由于電源電壓高，內(nèi)部功耗大，運(yùn)算放大器可以相當(dāng)高。操作從一個(gè)單一的電源（或不平衡的電源）可以產(chǎn)生更大的功耗，因?yàn)橐粋€(gè)大的電壓壓在整個(gè)導(dǎo)電的輸出晶體管上。高功耗的應(yīng)用可能需要散熱器或散熱片。

散熱

在OPA454中消耗的功率導(dǎo)致結(jié)溫升高。為了可靠運(yùn)行，結(jié)溫應(yīng)限制在+125°C，最大值。維持較低的結(jié)溫總是導(dǎo)致更高的可靠性。有些應(yīng)用需要一個(gè)散熱器，以確保不會(huì)超過(guò)最高工作結(jié)溫度。結(jié)溫可根據(jù)式1確定：

封裝熱阻θJA受安裝工藝和環(huán)境的影響。空氣流通不良和使用插座會(huì)顯著增加對(duì)周?chē)h(huán)境的熱阻。許多運(yùn)算放大器放在一起也會(huì)增加周?chē)臏囟取Ｗ罴训臒嵝阅苁峭ㄟ^(guò)將運(yùn)算放大器焊接到具有寬印刷電路痕跡的電路板上，以允許通過(guò)運(yùn)算放大器引線進(jìn)行更大的傳導(dǎo)。將電路板的銅面積增加到大約0.5in2會(huì)降低熱阻；但是，超過(guò)0.5in2時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最小程度的改善，如圖70所示。

PowerPAD熱增強(qiáng)包

OPA454有SO-8和HSOP-20 PowerPAD版本，在模具和封裝外部之間提供極低的熱阻（θJC）路徑。這些包裝有一個(gè)外露的熱墊。該熱墊與模具直接熱接觸；因此，通過(guò)提供遠(yuǎn)離熱墊的良好熱路徑，可獲得優(yōu)異的熱性能。

頂部電源板組件

OPA454 DWD，HSOP-20，PowerPAD封裝在封裝的頂部有一個(gè)裸露的焊盤(pán)，如圖71b所示。頂部的散熱墊可與商用散熱器和移動(dòng)空氣一起使用以散熱。外部頂部側(cè)散熱器的使用增加了封裝表面的有效表面積，這增加了頂部表面的對(duì)流和輻射包裝。頂部-側(cè)面散熱還可避免印刷電路板（PCB）的不必要加熱，并允許在OPA454的對(duì)面安裝其它PCB組件。

底部電源板組件

OPA454 SO-8 PowerPAD是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的SO-8封裝，它使用一個(gè)下引線框架構(gòu)造，該引線框架上安裝有模具，如圖71a所示。這種安排導(dǎo)致引線框架暴露在封裝的下面作為熱墊。IC底部的熱墊可以直接焊接到PCB上，使用PCB作為散熱片。此外，電鍍通孔（通孔）提供了一個(gè)低熱阻的熱流道到背面印刷電路板該體系結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了OPA454的功耗能力，消除了傳統(tǒng)熱封裝中使用的笨重散熱器和插塞，并允許使用標(biāo)準(zhǔn)PCB組裝技術(shù)輕松安裝OPA454。注：由于SO-8 PowerPAD的引腳與標(biāo)準(zhǔn)SO-8封裝兼容，因此OPA454是現(xiàn)有插座中運(yùn)算放大器的替代品。將底部的PowerPAD焊接到PCB始終是必需的，即使對(duì)于低功耗的應(yīng)用也是如此。將設(shè)備焊接到PCB上，在引線框架模架墊和PCB之間提供必要的熱連接和機(jī)械連接。

底部電源板布局指南

PowerPAD包允許在一個(gè)制造操作中同時(shí)進(jìn)行裝配和熱管理。在表面貼裝焊料操作過(guò)程中（引線焊接時(shí)），必須將熱焊盤(pán)焊接到封裝下方的銅區(qū)域。通過(guò)在這個(gè)銅區(qū)域內(nèi)使用熱路徑，熱量可以從封裝件傳導(dǎo)到接地層或其他散熱裝置中。始終需要將PowerPAD焊接到PCB，即使是低功耗的應(yīng)用程序也是如此。按照以下步驟將設(shè)備連接到PCB：

1、 電源板必須連接到設(shè)備上最負(fù)的電源電壓V–。

2、 用頂面蝕刻準(zhǔn)備PCB模式。那里應(yīng)蝕刻引線和蝕刻熱墊。

3、 使用熱通孔可以改善散熱，但這不是必需的。熱焊盤(pán)可使用與焊盤(pán)尺寸相等的面積連接到PCB上，無(wú)需通孔，但外部連接到V–。

4、 在隔熱墊區(qū)域放置推薦的孔。建議的SO-8 DDA封裝的熱焊盤(pán)尺寸和熱通孔模式見(jiàn)本文件末尾所附的熱焊盤(pán)模式機(jī)械圖紙。這些孔的直徑應(yīng)為13密耳。保持它們很小，這樣焊料芯吸通過(guò)孔是沒(méi)有問(wèn)題的回流焊SO-8 PowerPAD封裝的最小建議孔數(shù)為5個(gè)。

5、 可在熱墊區(qū)域外沿?zé)崞矫娴娜魏挝恢梅胖妙~外的通孔。這些通孔有助于消散OPA454集成電路產(chǎn)生的熱量。這些附加過(guò)孔可能比直徑為13密耳的通孔大在熱墊的正下方。它們可以更大，因?yàn)樗鼈儾辉谝附拥臒釅|區(qū)域；因此，芯吸不是問(wèn)題。

6、 將所有孔連接到具有正確電壓電勢(shì)（V-）的內(nèi)部電源平面。

7、 將這些孔連接到平面時(shí)，不要使用典型的腹板或輪輻連接方法。網(wǎng)絡(luò)連接有一個(gè)高熱阻連接，有助于減緩焊接操作中的熱傳遞，使具有平面連接的通孔的焊接更容易。然而，在這種應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)最有效的熱傳遞，需要低熱阻。因此，OPA454 PowerPAD封裝下的孔應(yīng)與內(nèi)部平面進(jìn)行連接，并在整個(gè)電鍍通孔周?chē)M(jìn)行完整連接。

8、 頂部焊接面罩應(yīng)使封裝的端子和熱焊盤(pán)區(qū)域暴露。底部的焊接面罩應(yīng)覆蓋熱焊盤(pán)的孔區(qū)域。這個(gè)掩蔽可防止焊料在回流焊過(guò)程中被拉離熱焊盤(pán)區(qū)域。

9、 將錫膏涂在外露的熱墊區(qū)域和所有IC端子上。

10、 有了這些準(zhǔn)備步驟，PowerPAD IC就可以簡(jiǎn)單地放置到位，并像任何標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝元件一樣完成焊接回流焊操作。此準(zhǔn)備工作可使零件正確安裝。

典型應(yīng)用

圖72和圖73分別說(shuō)明了可編程電壓源和橋接電路中的OPA454。

圖74使用三個(gè)OPA454創(chuàng)建一個(gè)高壓儀表放大器。VCM±VSIG必須介于（V-）+2.5V和（V+）-2.5V之間。最大電源電壓等于±50V或100V。

圖75使用三個(gè)OPA454s來(lái)測(cè)量高壓側(cè)并聯(lián)應(yīng)用中的電流。VSUPPLY必須大于VCM。VCM必須在（V-）+2.5V和（V+）-2.5V之間。遵守這些限制條件可使V1和V2保持在OPA454線性運(yùn)行所需的電壓范圍內(nèi)。例如，如果V+=50V且V–=50V，則V1=+47.5V（最大）和V2=–47.5V（最小）。最大電源電壓等于±50V，或總計(jì)100V。

參見(jiàn)圖76和圖79，分別在三級(jí)和六級(jí)運(yùn)放輸出級(jí)的輸出電壓升壓配置中使用OPA454的電路示例。

高合規(guī)電壓電流源

本節(jié)介紹了四種不同的應(yīng)用，利用具有差分輸入的高合規(guī)電壓電流源。圖69和圖83說(shuō)明了不同的應(yīng)用。

使用紅色發(fā)光二極管（LED）生成圖84。

雪崩光電二極管（APD）的增益是通過(guò)改變APD上的電壓來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)反向電壓超過(guò)130V時(shí)，增益開(kāi)始增加。圖85顯示了這種結(jié)構(gòu)。

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