看一看AD824：单电源，轨对轨低功率，FET输入运算放大器

三十而立年

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●单电源操作：3V至30V
●极低输入偏置电流：2pA
●宽输入电压范围
●轨对轨输出摆动
●低电源电流：500毫安安培
●宽带：2MHz
●转换速率：2Vms
●相位反转
应用
●光电二极管道前置放大器
●电池供电仪器
●电源控制和保护
●医疗器械
●遥感器
●低压应变计放大器
●DAC输出放大器
一般说明
AD824是一款四路FET输入单电源放大器，具有轨对轨输出功能。FET输入和轨到轨输出的组合使AD824在各种低压应用中非常有用，在这些应用中，低输入电流是首要考虑因素。
AD824保证从3V单电源到±15V双电源运行。
AD824采用ADI的互补双极工艺制造，具有独特的输入级，允许输入电压安全地扩展到负极电源和正极电源之外，而不会发生任何相位反转或闭锁。输出电压在电源的15毫伏范围内波动。350pF的电容性负载可以在没有振荡的情况下处理。
FET输入与激光微调相结合，提供了一种具有极低偏置电流的输入，保证偏移低于300μV。这使得即使在高源阻抗的情况下也能现高精度。精度与低噪音相结合，使AD824成为电池供电医疗设备的理想选择。
AD824的应用包括便携式医疗设备、光电二极管道前置放大器和高阻抗换能放大器。
输出的轨对轨摆动能力使人员能够在单电源系统中构建多级滤波器，并保持高信噪比。
AD824适用于扩展的工业（-40°C至+85°C）温度范围，有14针DIP和窄14针和16针SO封装可供选择。
应用注释
输入特性
在AD824中，n沟道JFET用于提供低偏移、低噪声、高阻抗的输入级。比较小输入共模电压从低于-VS的02V延伸到低于+VS的1V。将输入电压驱动得更靠近正轨将导致放大器带宽的损失。
AD824在输入电压高达+VS（包括+VS）时不会出现相位反转。图1a显示了AD824电压跟随器对0V至+5V（+VS）方波输入的响应。输入和输出是叠加的。输出跟踪输入高达+VS，需相位反转。4V输入以上的带宽减少会导致输出波形的舍入。对于大于+VS的输入电压，与AD824的非反相输入串联的电阻器将以更大的输入电压噪声为代价防止相位反转。如图1b所示。

图1：（a）响应RP=0；N从0到+VS（b）N=0到+VS+200mVVOUT=0到+VSRP=499k?
由于输入级使用n沟道JFET，正常运行期间的输入电流为正；电流从输入端子流出。如果输入电压被驱动为比+VS-04V更正，则随着内部器件结变为正向偏置，输入电流将反向。如图9所示。
如果输入电压可能超过正电源300mV以上，或者当±VS=0时将向AD824施加输入电压，则应将限流电阻器与AD824的输入串联使用。如果在此状态下放置超过10秒，放大器将损坏。1k?电阻器使放大器能够承受高达10伏的连续过电压，并将输入电压噪声增加到可以忽略不计的程度。
输入电压小于-VS则完全是另一回事。只要从正电源到输入端子的总电压小于36伏，放大器就可以安全地承受低于负电源电压20伏的输入电压。此外，输入级通常在该输入电压范围内保持皮安电平的输入电流。
输出特性
AD824独特的双极性轨对轨输出级在正负电源电压的15mV范围内摆动。AD824的近似输出饱和电阻为100?。这可用于在驱动较大电流负载时估计输出饱和电压。例如，在5mA电流负载下，饱和电压将为05伏。
对于超过20k?的负载电阻，AD824的输入误差电压几乎不变，直到输出电压被驱动到任一电源的180mV。如果AD824的输出被过度驱动，导致任何一个输出设备饱和，放大器将在其输入的2μs内恢复到放大器的线性工作区域。
直接电容性负载将与放大器的有效输出阻抗相互作用，在放大器的反馈回路中形成一个额外的极点，这可能会导致脉冲响应过度峰值或稳定性丧失。比较坏的情况是放大器用作单位增益跟随器。环路增益较小的配置，因此环路带宽较小，对电容负载效应的敏感度要低得多。噪声是使用中的反馈络提供的反馈衰减因子的倒数。
图2显示了扩展单位增益跟随器电容负载驱动能力的方法。有了这些元件值，电路将以10%的过冲驱动5000pF。

图2：将Unity增益跟随器电容负载能力扩展到350pF以上
应用
单电源电压-频率转换器
电路使用AD824驱动低功率定时器，产生宽度为t1的稳定脉冲。正向输出脉冲由R1-C1积分，并用作AD824的输入，AD824作为微分积分器连接。另一个输入（负载）是未知电压N。AD824输出驱动定时器触发输入，关闭整个反馈回路。
典型的2pAAD824偏置电流允许兆欧范围源阻抗，直流误差可忽略不计。该电路可以现001%满量程的线性误差。这种性能是通过5伏单电源获得的，该电源向整个电路提供的电流小于3毫安。
单电源可编程增益仪表放大器
AD824可以配置为单电源仪表放大器，能够从单电源低至3V或双电源高达±15V。AD824FET输入的2pA偏置电流比较大限度地减少了由高不平衡源阻抗引起的偏移误差。一组精密薄膜电阻器将放大器增益设置为10或100。这些电阻器被激光微调至001%的比率，比较大差分TC为5ppm°C。
3伏单电源立体声耳机驱动器
AD824即使在3V单电源下也表现出良好的电流驱动和THD+N性能。在1kHz时，对于300mVp-p输出信号，总谐波失真加噪声（THD+N）等于-62dB（0079%）。这与其他单电源运算放大器相当，后者消耗更多功率，法在3V电源上运行。
在图33中，每个通道的输入信号通过1μFMylar电容器耦合。电阻分压器在反向输入端设置直流电压，使输出电压位于电源之间的中间（+15V）。增益为15。AD824的每一半都可以用来驱动耳机通道。A5Hz高通滤波器由500μF电容器和耳机现，耳机可以建模为32欧姆负载电阻。这确保了音频频率范围（20Hz–20kHz）内的所有信号都传递到耳机。
低压差双极桥驱动器
AD824可用于驱动350欧姆惠斯通电桥，显示了AD824的一半用于缓冲AD589——一个1235V的低功耗参考。+45V的输出可用于驱动AD转换器前端。AD824的另一半被配置为单位增益逆变器，并产生-45V的另一个电桥输入。电阻器R1和R2为电桥激励提供恒定电流。AD620低功率仪表放大器用于调节电桥的差分输出电压。AD620的增益使用外部电阻器RG编程，并由以下公式确定：

33伏5伏精密采样保持放大器
在电池供电的应用中，需要低电源电压运算放大器以现低功耗。此外，低电源电压应用限制了精密模拟电路中的信号范围。图35所示的采样和保持电路等电路说明了在低电源电压应用中精确模拟电路的技术。为了在低电源电压应用中保持高信噪比（SNR），需要使用轨对轨、输入输出运算放大器。这种突出了AD824从单个+3V+5V电源进行轨对轨操作的能力，具有高输入阻抗的点。AD824是一种四JFET输入运算放大器，由于其低输入偏置电流（典型值为3pA）和高输入阻抗（3×1013），非常适合SH电路?,典型）。AD824还具有非常低的电源电流，因此该电路中的总电源电流小于25mA。
在许多单电源应用中，需要使用假接地发生器。在这个电路中，R1和R2对称地分压电源电压，产生占电源一半的假接地电压。放大器A1然后缓冲该电压，产生低阻抗输出驱动。SH电路配置在以该假接地电平为中心的反相拓扑中。
采样和保持电路的一个考虑因素是运算放大器偏置和开关漏电流引起的输出电压降。通过选择JFET运算放大器和低漏CMOS开关，该将电路中的下降率误差降至于01μVμs。CH值越高，伞兵率越低。为了获得比较佳性能，CH和C2应该是聚苯乙烯、聚丙烯或特氟纶电容器。这些类型的电容器表现出低漏和低介电吸收。此外，整个中使用了1%的金属膜电阻器。
在采样模式下，SW1和SW4关闭，输出为VOUT=-N。SW4与SW1并行工作，其目的是通过向A3的非反相输入端注入与SW1注入A3反相输入端相同的电荷量来减少基座或保持步长误差。这在A3的输入端产生共模电压，然后被A3的CMR拒绝；否则，来自SW1的电荷注入将产生在VOUT处出现的差分电压阶跃误差。在整个0V至33V5V信号范围内，该电路的基座误差小于2mV。减小基座误差的另一种方法是减小施加到控制引脚的脉冲幅度。为了控制ADG3，“ON”状态只需要24V，“OFF”状态只需08V。如果可能，使用幅度范围为08V至24V的输入控制信号，而不是全范围0V至33V5V，以获得比较小的基座误差。
其他电路特性包括采集时间小于3μs至1%；减少CH和C2将进一步加捕获时间，但会导致基座误差增加。设置时间小于300ns至1%，采样模式信号BW为80kHz。
选择ADG3是因为它能够使用3V5V电源，并且在介电隔离工艺上具有常开和常闭的精密CMOS开关。此电路中不需要SW2；然而，它与SW3并行使用以提供较低的RON模拟开关。