高性能運算放大器AD845：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點
高性能運算放大器AD845：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點
在電子工程師的設(shè)計工具箱中，運算放大器是不可或缺的基礎(chǔ)元件。今天，我們要深入探討一款高性能的運算放大器——AD845，它在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出卓越的性能。
文件下載：AD845.pdf
一、AD845概述
AD845是一款快速、精確的N溝道JFET輸入單片運算放大器，采用了Analog Devices的互補雙極（CB）工藝制造。先進的激光晶圓微調(diào)技術(shù)使其實現(xiàn)了極低的輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移性能。它的高轉(zhuǎn)換速率（100 V/μs）、穩(wěn)定的16 MHz單位增益帶寬以及350 ns至0.01%的建立時間，在驅(qū)動100 pF和500 Ω的并聯(lián)負載時，這些特性的組合是任何FET輸入IC放大器都無法比擬的。
1.1 主要特性
- AC性能：350 ns內(nèi)建立到0.01%，轉(zhuǎn)換速率達100 V/μs，最小單位增益帶寬為12.8 MHz，在20 V p-p時全功率帶寬為1.75 MHz。
- DC性能：最大輸入失調(diào)電壓0.25 mV，最大失調(diào)電壓漂移5 μV/°C，輸入偏置電流0.5 nA，最小開環(huán)增益250 V/mV，0.1 Hz至10 Hz時最大電壓噪聲4 V p-p，最小共模抑制比94 dB。
- 封裝形式：提供塑料Mini - DIP、密封CERDIP和SOIC封裝，還可根據(jù)EIA - 481A標準提供卷帶包裝。
二、應(yīng)用領(lǐng)域
AD845適用于多種應(yīng)用場景，如有源濾波器、高速積分器、光電二極管前置放大器、采樣保持放大器和對數(shù)放大器，以及用于緩沖A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。其250 mV的最大輸入失調(diào)電壓使得在許多應(yīng)用中無需進行失調(diào)調(diào)零。在±10 V輸入電壓范圍內(nèi)110 dB的共模抑制比，對于JFET輸入高速運算放大器來說是非常出色的性能，再加上最小250 V/mV的開環(huán)增益，即使在單位增益緩沖電路中也能確保實現(xiàn)12位的性能。
三、引腳連接與溫度范圍
AD845符合標準運算放大器的引腳排列，但失調(diào)調(diào)零連接到+V。AD845J和AD845K級器件適用于商業(yè)溫度范圍（0°C至70°C），AD845A和AD845B器件適用于工業(yè)溫度范圍（ - 40°C至+85°C），AD845S適用于全軍事溫度范圍（ - 55°C至+125°C）。工業(yè)和軍事版本提供8引腳CERDIP封裝，商業(yè)版本提供8引腳塑料Mini - DIP和16引腳SOIC封裝，還有J和S級芯片可供選擇。
四、產(chǎn)品亮點
- 高速高精度：高轉(zhuǎn)換速率、快速建立時間和直流精度使其非常適合需要12位精度的高速應(yīng)用。
- 升級現(xiàn)有設(shè)計：在大多數(shù)情況下，可以升級使用LF400、HA2520等多種型號運算放大器的電路性能。
- 穩(wěn)定性好：單位增益穩(wěn)定且內(nèi)部補償。
- 負載驅(qū)動能力：在驅(qū)動100 pF/500 Ω負載時性能有明確規(guī)定。
五、規(guī)格參數(shù)
| 在25°C和±15 V直流條件下（除非另有說明），AD845不同等級的規(guī)格參數(shù)如下： | 參數(shù) | 條件 | AD845J/A | AD845K/B | AD845S | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入失調(diào)電壓 | 初始失調(diào)（$T{MIN}$ 到 $T{MAX}$） | 0.7 - 1.5 - 2.5 mV | 0.1 - 0.25 - 0.4 mV | 0.25 - 1.0 - 2.0 mV | mV | |
| 失調(diào)漂移 | 20 μV/°C | 1.5 - 5.0 μV/°C | 10 μV/°C | μV/°C | ||
| 輸入偏置電流 | 初始（$V{CM}=0 V$，$T{MIN}$ 到 $T_{MAX}$） | 0.75 - 2 - 45/75 nA | 0.5 - 1 - 18/38 nA | 0.75 - 2 - 500 nA | nA | |
| 輸入失調(diào)電流 | 初始（$V{CM}=0 V$，$T{MIN}$ 到 $T_{MAX}$） | 25 - 300 - 3/6.5 pA | 15 - 100 - 1.2/2.6 pA | 25 - 300 - 20 pA | pA | |
| 輸入電阻 | 1011 kΩ | 1011 kΩ | 1011 kΩ | kΩ | ||
| 輸入電容 | 4.0 pF | 4.0 pF | 4.0 pF | pF | ||
| 輸入電壓范圍 | 差分 | ±10 V | ±10 V | ±10 V | V | |
| 共模 | ±20 V | ±20 V | ±20 V | V | ||
| 共模抑制比 | 86 dB | 94 dB | 86 dB | dB | ||
| 輸入電壓噪聲 | 0.1 Hz 到 10 Hz | 4 V p - p | 4 V p - p | 4 V p - p | V p - p | |
| f = 10 Hz | 80 nV/√Hz | 80 nV/√Hz | 80 nV/√Hz | nV/√Hz | ||
| f = 100 Hz | 60 nV/√Hz | 60 nV/√Hz | 60 nV/√Hz | nV/√Hz | ||
| f = 1 kHz | 25 nV/√Hz | 25 nV/√Hz | 25 nV/√Hz | nV/√Hz | ||
| f = 10 kHz | 18 nV/√Hz | 18 nV/√Hz | 18 nV/√Hz | nV/√Hz | ||
| f = 100 kHz | 12 nV/√Hz | 12 nV/√Hz | 12 nV/√Hz | nV/√Hz | ||
| 輸入電流噪聲 | f = 1 kHz | 0.1 pA/√Hz | 0.1 pA/√Hz | 0.1 pA/√Hz | pA/√Hz | |
| 開環(huán)增益 | $V{0}=±10 V$，$R{LOAD}≥2 kΩ$ | 200 - 500 - 250 V/mV | 250 - 500 - 250 V/mV | 200 - 500 - 250 V/mV | V/mV | |
| $R_{LOAD}≥500 Ω$ | 100 - 250 - 125 V/mV | 100 - 250 - 125 V/mV | 100 - 250 - 125 V/mV | V/mV | ||
| $T{MIN}-T{MAX}$ | 70 - 250 - 75 V/mV | 70 - 250 - 75 V/mV | 50 - 250 - 50 V/mV | V/mV | ||
| 輸出電壓 | 50 V | 50 V | 50 V | V | ||
| 輸出電流 | 50 mA | 50 mA | 50 mA | mA | ||
| 輸出電阻 | $R_{LOAD}=2 - 500 Ω$，短路，開環(huán) | ±12.5 V，5 mA，Ω | ±12.5 V，5 mA，Ω | ±12.5 V，5 mA，Ω | V，mA，Ω | |
| 頻率響應(yīng) | 小信號帶寬 | 12.8 - 16 MHz | 13.6 - 16 MHz | 13.6 - 16 MHz | MHz | |
| 全功率帶寬 | 1.75 MHz | 1.75 MHz | 1.75 MHz | MHz | ||
| 上升時間 | 20 ns | 20 ns | 20 ns | ns | ||
| 過沖 | 20 % | 20 % | 20 % | % | ||
| 轉(zhuǎn)換速率 | 100 V/μs | 100 V/μs | 100 V/μs | V/μs | ||
| 建立時間（到0.01%） | 350 ns | 350 ns | 350 ns | ns | ||
| 建立時間（到0.1%） | 250 ns | 250 ns | 250 ns | ns | ||
| 差分增益 | f = 4.4 MHz | 0.04 % | 0.04 % | 0.04 % | % | |
| 差分相位 | f = 4.4 MHz | 0.02° | 0.02° | 0.02° | ° | |
| 電源 | 額定性能 | ±4.75 - ±15 V | ±4.75 - ±15 V | ±4.75 - ±15 V | V | |
| 工作范圍 | ±18 V | ±18 V | ±18 V | V | ||
| 抑制比 | 88 - 110 dB | 95 - 113 dB | 88 - 110 dB | dB | ||
| 靜態(tài)電流 | 10 - 12 mA | 10 - 12 mA | 10 - 12 mA | mA |
六、絕對最大額定值
- 電源電壓：±18 V
- 內(nèi)部功耗：塑料Mini - DIP為1.6 W，CERDIP為1.5 W，16引腳SOIC為1.4 W
- 輸入電壓：+Vs
- 輸出短路持續(xù)時間：無限
- 差分輸入電壓：+Vs和 - Vs
- 存儲溫度范圍： - 65°C至+150°C
- 引腳溫度范圍（焊接60秒）：300°C
需要注意的是，超過絕對最大額定值的應(yīng)力可能會對器件造成永久性損壞，這只是一個應(yīng)力額定值，并不意味著器件在這些或其他高于規(guī)格操作部分所示條件下能正常工作。長時間暴露在絕對最大額定值條件下可能會影響器件的可靠性。
七、典型性能特性
文檔中給出了多個典型性能特性曲線，如輸入電壓擺幅與電源電壓的關(guān)系、輸出電壓擺幅與電源電壓的關(guān)系、輸出電壓擺幅與電阻負載的關(guān)系等。這些曲線為工程師在實際設(shè)計中提供了重要的參考依據(jù)，幫助他們更好地了解AD845在不同條件下的性能表現(xiàn)。
八、應(yīng)用電路設(shè)計
8.1 建立時間測量
通過在單位增益反相模式下用快速脈沖發(fā)生器驅(qū)動放大器來測量AD845的建立時間。建立時間定義為從施加理想階躍函數(shù)輸入到閉環(huán)放大器輸出進入并保持在指定誤差帶內(nèi)的時間間隔。其組成部分包括放大器的傳播時間、接近最終輸出值的轉(zhuǎn)換時間、與轉(zhuǎn)換相關(guān)的過載恢復時間以及線性建立到指定誤差帶內(nèi)的時間。當驅(qū)動500 Ω負載和100 pF電容并聯(lián)時，AD845在250 ns內(nèi)建立到0.1%，在310 ns內(nèi)建立到0.01%。
8.2 高速儀表放大器
由三個運算放大器組成的儀表放大器電路（如圖3所示）可以提供從單位增益到1000及更高的增益范圍。該電路具有高共模抑制、平衡差分輸入和穩(wěn)定、精確的增益特性。使用FET輸入的AD845實現(xiàn)了低輸入偏置電流和快速建立時間。電路帶寬在增益為1時為10.9 MHz，在增益為10時為8.8 MHz；對于10 V階躍（增益 = 10），整個電路的建立時間為900 ns至0.01%。電路中使用的電容器大大改善了放大器的建立時間和相位裕度。
8.3 驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入
在驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入時，運算放大器必須能夠在動態(tài)變化的負載條件下保持恒定的輸出電壓。AD845具有寬帶寬和高開環(huán)增益，非常適合驅(qū)動轉(zhuǎn)換時間為5 ms或更長的高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器。
九、設(shè)計要點與注意事項
在使用AD845進行設(shè)計時，還需要注意一些要點。例如，在高速儀表放大器電路中，放大器輸入引腳周圍的電阻值要足夠小，以避免它們與電路雜散電容形成的RC時間常數(shù)降低電路帶寬。另外，對于不同的應(yīng)用場景，要根據(jù)實際需求選擇合適的封裝和溫度等級的AD845器件。
總之，AD845運算放大器以其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用場景，成為電子工程師設(shè)計中的有力工具。希望通過本文的介紹，能幫助工程師們更好地理解和應(yīng)用AD845，在實際設(shè)計中發(fā)揮其最大的優(yōu)勢。大家在使用AD845的過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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