特征

●低電源電流：4μA/放大器最大值

●單電源操作：2.7 V至12 V

●寬輸入電壓范圍

●軌間輸出擺動

●低偏移電壓：1.5 mV

●無相位反轉(zhuǎn)

應(yīng)用

●比較器

●電池供電儀表

●安全監(jiān)測

●遙感器

●低壓應(yīng)變片放大器

一般說明

OP281和OP481是雙和四個超低功耗單電源放大器，具有軌對軌輸出。每個電源的供電電壓低至2.0 V，并指定為+3 V和+5 V單電源以及±5 V雙電源。

OP281/OP481采用模擬器件的CBCMOS工藝制造，具有精確的雙極輸入和一個在電源毫伏范圍內(nèi)擺動的輸出，持續(xù)地吸收或源電流到與電源電壓相等的電壓。

這些放大器的應(yīng)用包括安全監(jiān)控、便攜式設(shè)備、電池和電源控制、信號調(diào)節(jié)和極低功率系統(tǒng)中傳感器的接口。

當(dāng)輸出被驅(qū)動到一個電源電壓時，輸出能夠在軌道之間擺動，并且不會增加電源電流，這使得OP281/OP481可以用作非常低功率系統(tǒng)中的比較器。這是由于他們的快速飽和恢復(fù)時間。傳播延遲為250μs。

OP281/OP481在擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍（−40°C至+85°C）范圍內(nèi)指定。OP281雙放大器有8線SOIC表面安裝和TSSOP封裝。OP481四路放大器提供窄14線SOIC和TSSOP封裝。

引腳配置

典型性能特征

應(yīng)用

操作理論

OPx81系列運(yùn)算放大器由極低功率、軌對軌輸出放大器組成，所需電流小于4μA每個放大器的靜態(tài)電流。許多其他競爭對手的設(shè)備可能被宣傳為低電源電流放大器，但當(dāng)這些設(shè)備的輸出被驅(qū)動到供電軌時，會吸引更多的電流。即使輸出被驅(qū)動至任一供電軌，OPx81的供電電流仍保持在4μA以下。只要輸入和輸出保持在電源范圍內(nèi)，電源電流應(yīng)符合規(guī)范要求。

圖36顯示了OPx81單通道的簡化示意圖。輸入級采用雙極差分對。PNP晶體管用于使輸入級保持線性，共模范圍延伸至地面。這是單電源應(yīng)用的重要考慮因素。雙極前端的噪聲也比只有毫安的MOS前端低。運(yùn)算放大器的輸出由一對共源結(jié)構(gòu)的CMOS晶體管組成。此設(shè)置允許放大器的輸出在任一供電軌的毫伏范圍內(nèi)擺動。輸出級所需的凈空高度受負(fù)載驅(qū)動的電流量的限制。輸出電流越低，輸出到任一供電軌的距離就越近。圖11、圖12和圖13顯示了輸出電壓凈空與負(fù)載電流的關(guān)系。這種行為是典型的軌對軌輸出放大器。

輸入過壓保護(hù)

OPx81系列運(yùn)算放大器的輸入級由PNP差分對組成。如果這些輸入晶體管的基極電壓下降到低于負(fù)電源的0.6伏以上，輸入ESD保護(hù)二極管將變?yōu)檎蚱茫㈤_始產(chǎn)生大電流。除了可能損壞設(shè)備外，這還會在輸出端產(chǎn)生相位反轉(zhuǎn)效應(yīng)。為防止這種情況發(fā)生，輸入電流應(yīng)限制在0.5毫安以下。

這可以通過簡單地將一個電阻與設(shè)備的輸入串聯(lián)來實現(xiàn)。電阻器的尺寸應(yīng)與最低可能的輸入信號偏移成比例，并可使用以下公式進(jìn)行計算：

式中：

VEE是放大器的負(fù)電源。

VIN，MIN是預(yù)期的最低輸入電壓偏移。

例如，如果輸入信號可能低至−1 V，則OPx81的單通道應(yīng)與+5 V的單電源電壓一起使用。因為放大器由單個電源供電，所以VEE是接地；因此，必要的串聯(lián)電阻應(yīng)為2 kΩ。

輸入偏移電壓

OPx81系列運(yùn)算放大器設(shè)計用于低偏移電壓（小于1mV）。

輸入共模電壓范圍

在額定電壓X8至1之間的電壓范圍內(nèi)，OPV為1。然而，運(yùn)算放大器可以在共模電壓略低于VEE的情況下工作。圖37顯示了配置為差分放大器的單個OPx81通道，單電源電壓為3 V。在兩個輸入端子上施加負(fù)直流電壓，從而產(chǎn)生小于接地的共模電壓。然后將400 mV p-p輸入信號應(yīng)用于非轉(zhuǎn)換輸入。圖38顯示了產(chǎn)生的輸入和輸出波形。請注意放大器的輸出如何在不失真的情況下輕微下降為負(fù)。

電容性負(fù)載

大多數(shù)低電源電流放大器很難驅(qū)動電容性負(fù)載，因為這些負(fù)載的輸出級需要更高的電流。輸出端的高電容會增加放大器階躍響應(yīng)中的過沖和振鈴，并可能影響器件的穩(wěn)定性。然而，通過精心設(shè)計輸出級及其高相位裕度，OPx81系列可以承受一定程度的電容負(fù)載。圖39顯示了在輸出端連接10 nF電容器的單通道階躍響應(yīng)。注意，在這樣的負(fù)載下，輸出的超調(diào)量不會超過10%，即使電源電壓只有3V。

微功率基準(zhǔn)電壓發(fā)生器

許多單電源電路配置的電路偏置為電源電壓的一半。在這些情況下，可以通過使用由放大器緩沖的分壓器來創(chuàng)建假接地基準(zhǔn)。圖40顯示了這種電路的示意圖。

兩個1 MΩ電阻器產(chǎn)生參考電壓，同時只從3 V電源中吸取1.5μA的電流。從逆變端連接到運(yùn)算放大器輸出端的電容器提供補(bǔ)償，以允許旁路電容器連接在基準(zhǔn)輸出端。這個旁路電容器有助于為參考輸出建立交流接地。整個參考發(fā)電機(jī)從3V電源中吸取的電流小于5μA。

窗口比較器

OPx81系列極低的電源電流要求使其非常適合于使用壽命長的電池供電的應(yīng)用，如監(jiān)控系統(tǒng)。圖41顯示了一個使用OP281作為窗口比較器的電路。

窗口的閾值限制由VH和VL設(shè)置，前提是VH>VL。只要輸入電壓小于VH，第一個OP281（A1）的輸出將保持在負(fù)軌，在這種情況下是接地。同樣，只要輸入電壓高于VL，第二OP281（A2）的輸出將保持在地上。只要VIN保持在VL和VH之間，兩個運(yùn)算放大器的輸出都將為0 V。在D1或D2中沒有電流流動的情況下，Q1的基極將保持在地上，使晶體管處于切斷狀態(tài)，并迫使VOUT進(jìn)入正電源軌。如果輸入電壓上升到VH以上，A2的輸出保持在地上，但A1的輸出到正軌，D1傳導(dǎo)電流。這就產(chǎn)生了一個基極電壓，開啟Q1并使VOUT變低。如果VIN低于VL，A2的輸出變高，D2的傳導(dǎo)電流也會出現(xiàn)同樣的情況。因此，如果輸入電壓在VL和VH之間，VOUT是高的，但是如果輸入電壓超出這個范圍，VOUT就低。

R1和R2分壓器設(shè)置車窗上部電壓，R3和R4分壓器設(shè)置車窗下部電壓。為了使窗口比較器正常工作，VH必須比VL的電壓大。

2 kΩ電阻器將輸入端子的輸入電壓連接至運(yùn)算放大器。這可以保護(hù)OP281，使其不受流入器件輸入級的過電流的影響。D1和D2是小信號開關(guān)二極管（1N4446或等效器件），Q1是2N2222或等效NPN晶體管。

低壓側(cè)電流監(jiān)測器

在電源控制電路的設(shè)計中，大量的設(shè)計工作都集中在確保通流晶體管在廣泛的負(fù)載電流條件下的長期可靠性。因此，在這些設(shè)計中，監(jiān)控和限制設(shè)備功耗是最重要的。圖42顯示了一個5V單電源電流監(jiān)測器的示例，該監(jiān)測器可并入具有折疊電流限制的電壓調(diào)節(jié)器或具有撬桿保護(hù)的大電流電源的設(shè)計中。該設(shè)計利用OPx81的共模范圍延伸到地面。在電源回路中監(jiān)測電流，其中0.1Ω并聯(lián)電阻RSENSE產(chǎn)生非常小的電壓降。通過Q1的反饋，逆變端的電壓與非逆變端的電壓相等，Q1是2N2222或等效的NPN晶體管。這使得R1上的電壓降等于RSENSE上的電壓降。因此，通過Q1的電流與通過RSENSE的電流成正比，并且輸出電壓由下式給出：

R2上的電壓降隨著I的增加而增加；因此，如果檢測到更高的電源電流，VOUT就會降低。對于所示的元件值，VOUT傳輸特性為−2.5 V/A，從VEE開始減小。

低壓半波和全波整流器

由于其快速過驅(qū)動恢復(fù)時間，OP281可配置為低頻（<500hz）應(yīng)用的全波整流器。圖43顯示了示意圖。

放大器A1用作電壓跟隨器，僅當(dāng)輸入電壓大于0 V時才跟蹤該電壓。這為放大器A2的非換向端子提供輸入信號的半波整流。當(dāng)A1的輸出跟隨輸入時，A2的逆變端子也跟隨A2的逆變和非逆變端子之間的虛擬地的輸入。由于R1之間沒有電位差，因此沒有電流流過R1或R2；因此，A2的輸出也跟隨輸入。當(dāng)輸入電壓低于0 V時，A2的非倒相端變?yōu)? V。這使得A2作為增益為1的逆變放大器工作，并提供輸入信號的全波整流版本。當(dāng)輸入信號小于接地時，一個2kΩ電阻器與A1的非換向輸入串聯(lián)在一起保護(hù)裝置。

電池供電的電話耳機(jī)放大器

圖45顯示了如何將OP281用作電話耳機(jī)中的雙向放大器。OP281的一端可以用作麥克風(fēng)的放大器，另一端可以用來驅(qū)動揚(yáng)聲器。一個典型的電話耳機(jī)使用一個600Ω的揚(yáng)聲器和一個需要電源電壓和一個偏壓電阻器的駐極體麥克風(fēng)。

OP281-A運(yùn)算放大器為來自麥克風(fēng)的音頻信號提供大約29分貝的增益。增益由300 kΩ和11 kΩ電阻器設(shè)置。放大器的增益帶寬積為95 kHz，在設(shè)置增益為28的情況下，在3.4 kHz時產(chǎn)生−3 dB的衰減。這是可以接受的，因為電話音頻的頻帶限制為300 kHz至3 kHz信號。如果麥克風(fēng)需要更高的增益，則應(yīng)使用額外的增益級，因為增加OP281的增益會限制音頻帶寬。一個2.2kΩ的電阻用來偏置駐極體麥克風(fēng)。此電阻值可能因麥克風(fēng)規(guī)格而異。麥克風(fēng)的輸出是交流耦合到運(yùn)算放大器的非轉(zhuǎn)換終端。兩個1 MΩ電阻器用于為單電源供電提供直流偏移。

OP281-B放大器（見圖45）可為耳機(jī)揚(yáng)聲器提供高達(dá)15分貝的增益。輸入的音頻信號與用于調(diào)節(jié)音量的10kΩ電位計進(jìn)行交流耦合。同樣，兩個1 MΩ電阻器為直流偏移提供1μF電容器，為音量控制電位計建立交流接地。因為OP281是一個軌對軌輸出放大器，它很難直接驅(qū)動600Ω揚(yáng)聲器。這里，AB類緩沖器用于隔離放大器的負(fù)載，并提供驅(qū)動揚(yáng)聲器所需的電流。通過在運(yùn)算放大器的反饋回路中放置緩沖器，可以使交叉失真最小化。Q1和Q2的betas最小值應(yīng)為100。600Ω揚(yáng)聲器與發(fā)射器交流耦合，以防止靜態(tài)電流流入揚(yáng)聲器。1μF耦合電容器在附加600Ω負(fù)載的情況下，在265 Hz時切斷等效高通濾波器。同樣，這不會造成問題，因為它超出了電話音頻信號的頻率范圍。

圖45中的電路消耗大約250μA的電流。AB類緩沖器的靜態(tài)電流為140μa，大約100μa的電流由麥克風(fēng)自身消耗。CR20323V鋰電池的預(yù)期壽命為160mA小時，這意味著該電路在單塊電池上可以連續(xù)運(yùn)行640小時。

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