特征

工作電壓為+1.7 V至±18 V

低電源電流：15μA/放大器

低偏移電壓：最大100μV

輸出匯源：±8 mA

無相位反轉(zhuǎn)

單電源或雙電源操作

高開環(huán)增益：600 V/mV

獲得穩(wěn)定統(tǒng)一

應(yīng)用

數(shù)字秤

應(yīng)變計(jì)

便攜式醫(yī)療設(shè)備

電池供電儀表

溫度傳感器放大器

一般說明

OP193/OP293是單電源運(yùn)算放大器，具有高精度、低電源電流和在低電壓下工作的能力。對(duì)于單電源系統(tǒng)中的高性能，輸入和輸出范圍包括接地，輸出從負(fù)軌到正電源的600毫伏范圍內(nèi)擺動(dòng)。對(duì)于低壓操作，OP193/OP293可以在+1.7 V或±0.85 V的電壓下工作。

高精度和低功耗操作的結(jié)合使OP193/OP293適用于電池供電的設(shè)備。該部件的低電流消耗和低電壓操作允許它在其他放大器因電池耗盡或凈空而停止工作后繼續(xù)工作很長(zhǎng)時(shí)間。

OP193/OP293規(guī)定用于擴(kuò)展（−40°C至+125°C）溫度范圍內(nèi)單+2 V至雙±15 V操作。它們有SOIC表面安裝封裝。

引腳配置

典型性能特征

功能描述

OP193/OP293運(yùn)算放大器是單電源、微功率、精密放大器，其輸入和輸出范圍都包括接地。輸入偏移電壓（VOS）最大值僅為100μV，而輸出端向負(fù)載傳輸±5毫安。電源電流僅為15μA。

圖26顯示了輸入級(jí)的簡(jiǎn)化示意圖。輸入晶體管Q1和Q2是PNP器件，它們?cè)试S輸入操作到地電位。輸入晶體管具有與基極端子串聯(lián)的電阻器，以保護(hù)結(jié)免受過電壓條件的影響。第二級(jí)是NPN共源共柵，在驅(qū)動(dòng)最終PNP增益級(jí)之前，由發(fā)射極跟隨器緩沖。

OP193包括連接到輸入負(fù)載電阻器上的抽頭，可用于使輸入偏移電壓VOS為零。OP293有兩個(gè)附加晶體管，Q7和Q8。在輸出相位反轉(zhuǎn)OP193和輸出相位反轉(zhuǎn)OP293部分討論了這些晶體管的行為。

輸出級(jí)，如圖25所示，是一個(gè)不可逆的NPN圖騰極配置。電流由發(fā)射極跟隨器Q1提供給負(fù)載，而Q2提供電流吸收能力。當(dāng)Q2飽和時(shí)，輸出被拉到離地5毫伏以內(nèi)，而沒有外部下拉電阻器。圖騰柱輸出級(jí)向外部負(fù)載提供至少5毫安的電流，即使是從單個(gè)3.0伏電源操作時(shí)也是如此。

通過作為發(fā)射極跟隨器工作，Q1為輸入級(jí)的最終PNP集電極提供高阻抗負(fù)載。Q2的基極驅(qū)動(dòng)是通過監(jiān)測(cè)Q1的集電極電流得到的。晶體管Q5跟蹤Q1的集電極電流。當(dāng)Q1打開時(shí)，Q5保持Q4關(guān)閉，電流源I1保持Q2關(guān)閉。當(dāng)Q1被驅(qū)動(dòng)至切斷（即，輸出必須向V−）移動(dòng)時(shí)，Q5允許Q4接通。然后，Q4的集電極電流為Q3和Q2提供基本驅(qū)動(dòng)，輸出低電壓擺幅由Q2的VCE，SAT設(shè)定，大約為5 mV。

驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載

OP193/OP293放大器在電容負(fù)載小于200pf時(shí)無條件穩(wěn)定。然而，小信號(hào)，單位增益超調(diào)改善，如果增加一個(gè)電阻負(fù)載。例如，當(dāng)驅(qū)動(dòng)1000 pF，10 kΩ負(fù)載時(shí)，瞬態(tài)過沖為20%。當(dāng)驅(qū)動(dòng)單位增益配置中的大電容負(fù)載時(shí)，建議采用回路內(nèi)補(bǔ)償技術(shù)，如圖30所示。

輸入過壓保護(hù)

如前所述，OP193/OP293運(yùn)算放大器使用PNP輸入級(jí)，保護(hù)電阻與逆變和非逆變輸入串聯(lián)。PNP晶體管的高擊穿，加上保護(hù)電阻，提供了大量的輸入保護(hù)，以防過電壓條件。因此，在不損壞放大器的情況下，可以在任何一個(gè)電源之外獲得20伏的輸入電壓。

輸出相位反轉(zhuǎn)-OP193

OP193的輸入PNP集電極基極結(jié)可以正向偏置，如果輸入被帶到地面以下超過一個(gè)二極管壓降（0.7V）。當(dāng)這種情況發(fā)生在非互易輸入端時(shí)，共源共柵級(jí)的Q4打開，輸出變高。如果正極輸入信號(hào)可以低于地面，則可以通過用二極管將輸入夾持到負(fù)極電源（即GND）來防止相位反轉(zhuǎn)。二極管的反向泄漏確實(shí)增加了放大器的輸入偏置電流。如果輸入偏置電流不是臨界值，1N914二極管增加的泄漏量小于10毫安。但是，環(huán)境溫度每升高10°C，其泄漏電流就會(huì)加倍。對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用，2N3906晶體管的集電極基極結(jié)只增加大約10帕的附加偏置電流。為了在故障條件下限制通過二極管的電流，建議在輸入端串聯(lián)一個(gè)1 kΩ的電阻器。（OP193的內(nèi)部限流電阻器不保護(hù)外部二極管。）

輸出相位反轉(zhuǎn)-OP293

OP293包括兩個(gè)橫向PNP晶體管Q7和Q8，以防止相位反轉(zhuǎn)。如果一個(gè)輸入被帶到地下一個(gè)以上的二極管壓降（≈0.7v），Q7和Q8結(jié)合起來，可以同時(shí)對(duì)整個(gè)共源共柵級(jí)進(jìn)行電平偏移，包括對(duì)Q3和Q4的偏置。在這種情況下，Q4不飽和，輸出仍然很低。

在+25°C時(shí)，OP293在低于V−5 V的情況下不會(huì)出現(xiàn)輸出相位反轉(zhuǎn)。+125°C時(shí)的相位反轉(zhuǎn)限制約為−3 V。如果可以在低于這些電平的情況下驅(qū)動(dòng)輸入，則應(yīng)添加上一節(jié)所述的外部鉗位二極管。

電池供電應(yīng)用

OP193/OP293系列運(yùn)算放大器可以在1.7v的最小電源電壓下工作，并且從2.0v的電源中為每個(gè)放大器只消耗13μa的電源電流。在許多由電池供電的電路中，OP193/OP293設(shè)備在需要更換電池之前可以連續(xù)運(yùn)行數(shù)千小時(shí)，從而減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和運(yùn)行成本。

高性能便攜式設(shè)備和儀器經(jīng)常使用鋰電池，因?yàn)榕c舊的原電池相比，鋰電池的保質(zhì)期長(zhǎng)、重量輕、能量密度高。大多數(shù)鋰電池的標(biāo)稱輸出電壓為3V，以平坦放電特性著稱。OP193/OP293的低電源電壓要求，加上鋰電池的平坦放電特性，表明OP193/OP293可以在電池的整個(gè)使用壽命內(nèi)運(yùn)行。圖27顯示了為OP193和OP293供電的1 Ah鋰電池的典型放電特性，每個(gè)放大器依次驅(qū)動(dòng)2.1 V至100 kΩ負(fù)載。

OP193提供兩個(gè)偏移調(diào)零終端，可用于調(diào)整OP193的內(nèi)部VOS。一般來說，運(yùn)算放大器端子不應(yīng)用于調(diào)整系統(tǒng)偏移電壓。圖28中的偏移調(diào)零電路提供了大約±7 mV的偏移調(diào)整范圍。如圖29所示，與偏移零位電位計(jì)的刮臂串聯(lián)的100 kΩ電阻器將偏移調(diào)整范圍減小到400μV，建議用于需要高零位分辨率的應(yīng)用。偏置調(diào)零不會(huì)對(duì)TCV性能產(chǎn)生不利影響，前提是微調(diào)電位器溫度系數(shù)不超過±100 ppm/°C。

一種微功率假地發(fā)生器

一些單電源電路在輸入電壓高于地面時(shí)工作最佳，通常為電源電壓的½。在這些情況下，可以通過使用放大器緩沖的分壓器來產(chǎn)生假接地。其中一個(gè)這樣的電路如圖30所示。

該電路在電源電壓的½處產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的接地基準(zhǔn)，而從5V電源中僅提取約27μa的電壓。該電路包括補(bǔ)償，以允許在假接地輸出處有一個(gè)1μF的旁路電容器。大電容器的好處是，不僅假接地對(duì)負(fù)載的直流電阻很低，而且它的交流阻抗也很低。OP193可以吸收和源電流超過5毫安，這提高了負(fù)載電流瞬態(tài)的恢復(fù)時(shí)間。

電池供電的基準(zhǔn)電壓

圖31中的電路是一個(gè)電池供電的基準(zhǔn)電壓，只消耗17μa的電源電流。在這個(gè)水平上，兩個(gè)AA堿性電池可以為這個(gè)參照物供電超過18個(gè)月。當(dāng)輸出電壓為1.23V，溫度為25°C時(shí)，基準(zhǔn)漂移僅為工業(yè)溫度范圍內(nèi)的5.5μV/°C。負(fù)載調(diào)節(jié)為85μV/mA，線路調(diào)節(jié)為120μV/V。

參考源的設(shè)計(jì)基于Brokaw帶隙核心技術(shù)。電阻R1和電阻R2的縮放在Q1和Q2產(chǎn)生不相等的電流。產(chǎn)生的R3上的ΔV產(chǎn)生一個(gè)溫度比例電壓（PTAT），反過來，在R4和R5、V1之間產(chǎn)生更大的溫度比例電壓。絕對(duì)溫度系數(shù)V1（cTas）的第一階溫度系數(shù)。當(dāng)在25°C下調(diào)節(jié)到1.23V時(shí)，輸出電壓溫度系數(shù)最小。帶隙基準(zhǔn)可以有啟動(dòng)問題。在R1和R2沒有電流的情況下，OP193超出其正輸入范圍限制，并且具有未定義的輸出狀態(tài)。在這種情況下，將引腳5（偏移調(diào)整引腳）短路到地上，會(huì)迫使輸出高，并確保可靠啟動(dòng)，而不會(huì)顯著降低OP193的偏移漂移。

單電源電流監(jiān)測(cè)儀

電流監(jiān)測(cè)基本上包括放大與被測(cè)電流串聯(lián)的電阻器上的電壓降。困難在于，只有很小的電壓降是可以容忍的，而低精度運(yùn)算放大器，這大大限制了整體分辨率。圖32中的單電源電流監(jiān)測(cè)器的分辨率為10μa，能夠監(jiān)測(cè)30mA的電流。這個(gè)范圍可以通過改變電流檢測(cè)電阻R1來調(diào)整。在測(cè)量系統(tǒng)總電流時(shí)，可能需要在最終結(jié)果中包括電流監(jiān)測(cè)器的電源電流，該電流監(jiān)測(cè)器繞過電流檢測(cè)電阻器。通過調(diào)整偏移微調(diào)電位計(jì)R2，可以測(cè)量和校準(zhǔn)該電流（連同剩余偏移）。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與溫度有關(guān)的偏移量。然而，OP193的供電電流也與溫度成正比，并且這兩種效應(yīng)趨于跟蹤。電壓在非可逆輸入端產(chǎn)生并經(jīng)（1+R4/R5）放大后出現(xiàn)在VOUT處。

單電源儀表放大器

設(shè)計(jì)一個(gè)真正的具有零輸入和零輸出操作的單電源儀表放大器需要特別小心。傳統(tǒng)的配置，如圖33所示，取決于放大器A1的輸出電壓為0 V時(shí)，施加的共模輸入電壓為0 V。輸出的任何誤差都乘以A2的增益。此外，當(dāng)A2的輸出電壓增加時(shí)，電流流過電阻器R3。A1的輸出必須保持在0伏，同時(shí)通過R3吸收電流，否則會(huì)產(chǎn)生增益誤差。當(dāng)最大輸出電壓為4v時(shí)，通過R3的電流僅為2μa，但仍會(huì)產(chǎn)生可觀的誤差。

解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是使用下拉電阻器。例如，如果R3=20 kΩ，則下拉電阻必須小于400Ω。但是，當(dāng)負(fù)載為固定負(fù)載時(shí)，下拉式電阻出現(xiàn)。對(duì)于4 V共模電壓，附加負(fù)載電流為10 mA，這在低功率應(yīng)用中是不可接受的。

圖34顯示了一個(gè)更好的解決方案。A1的漏電流由一對(duì)N溝FET晶體管提供，配置成電流鏡。如圖所示，Q2的漏電流約為340μA。因此，在共模電壓為4V的情況下，附加負(fù)載電流被限制在340μA與10mA之間，使用400Ω電阻器。

一個(gè)低功耗，溫度到4毫安到20毫安的發(fā)射機(jī)

一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度到4毫安到20毫安的變送器如圖35所示。校準(zhǔn)后，該變送器在−50°C至+150°C溫度范圍內(nèi)精確至±0.5°C。變送器在8V到40V之間工作，電源抑制比3ppm/V好。一半的OP293用于緩沖溫度引腳，另一半調(diào)節(jié)輸出電流，以滿足其非轉(zhuǎn)換輸入的電流總和。

輸出電流隨溫度的變化是以下傳遞函數(shù)的導(dǎo)數(shù)：

從公式中可以看出，如果在零點(diǎn)微調(diào)之前調(diào)整量程微調(diào)，則兩個(gè)微調(diào)之間不存在交互作用，從而大大簡(jiǎn)化了標(biāo)定過程。

變送器的校準(zhǔn)很簡(jiǎn)單。首先，通過調(diào)整量程微調(diào)R7校準(zhǔn)輸出電流與溫度的斜率。可能需要幾次迭代來確保斜率是正確的。

調(diào)整量程微調(diào)后，可進(jìn)行零點(diǎn)微調(diào)。調(diào)整零點(diǎn)微調(diào)不會(huì)影響增益。

通過調(diào)節(jié)R5，可以在任何已知溫度下設(shè)置零點(diǎn)微調(diào)，直到輸出電流等于：

表7顯示了各種溫度范圍所需的R6值。

微功率壓控振蕩器

OP293 CMOS模擬開關(guān)構(gòu)成圖36中的精密VCO。一個(gè)三角形輸出，只提供一個(gè)50μV的三角形電源。A1充當(dāng)積分器；S1對(duì)稱地切換充電電流，產(chǎn)生正、負(fù)斜坡。積分器以A2為界，A2作為施密特觸發(fā)器，精確滯后為1.67V，由電阻器R5、電阻器R6和電阻器R7以及相關(guān)CMOS開關(guān)設(shè)置。A1的輸出是一個(gè)上下電平分別為3.33V和1.67V的三角波。A2的輸出是一個(gè)幾乎有軌對(duì)軌擺動(dòng)的方波。如圖所示，操作頻率由以下等式給出：

然而，通過改變C1可以很容易地改變頻率。電路在500赫茲以下工作良好。

外形尺寸

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