OP777/OP727/OP747：精密微功耗單電源運算放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設計中，選擇一款合適的運算放大器至關重要。今天要給大家詳細介紹的是Analog Devices公司的OP777/OP727/OP747系列精密微功耗單電源運算放大器，它在性能和應用上都有諸多亮點。

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產(chǎn)品概述

OP777、OP727和OP747分別是精密單、雙和四軌到軌輸出單電源放大器，具有微功耗運行和軌到軌輸出范圍的特點。與行業(yè)標準的OP07在±15V電源下相比，這些放大器性能更優(yōu)，并且能實現(xiàn)低至3.0V的單電源運行，還提供了更小的封裝選項。其輸出在超過500pF的容性負載下仍能保持穩(wěn)定，在5V電源下每個放大器的電源電流小于300μA。此外，500Ω的串聯(lián)電阻保護輸入，允許輸入信號電平比正電源高出幾伏而不會出現(xiàn)相位反轉。

產(chǎn)品特性

電氣特性

• 輸入特性：
  • 失調(diào)電壓：OP777在+25°C < TA < +85°C時典型值為20μV，最大值為100μV；OP727/OP747在不同溫度范圍有不同的失調(diào)電壓表現(xiàn)。
  • 輸入偏置電流：在 -40°C < TA < +85°C時，最大值為11nA。
  • 輸入失調(diào)電流：在 -40°C < TA < +85°C時，最大值為2nA。
  • 共模抑制比：在VCM = 0V到4V時，典型值為110dB。
  • 失調(diào)電壓漂移：OP777在 -40°C < TA < +85°C時，最大值為1.3μV/°C；OP727/OP747最大值為1.5μV/°C。
• 輸出特性：
  • 輸出電壓高：在IL = 1mA， -40°C到 +85°C時，典型值為4.91V。
  • 輸出電壓低：在IL = 1mA， -40°C到 +85°C時，典型值為126mV。
  • 輸出電流：最大值為±10mA。
• 電源特性：
  • 電源抑制比：在VS = 3V到30V時，典型值為130dB。
  • 電源電流/放大器：不同型號和溫度范圍下有所不同，例如OP777在 -40°C < TA < +85°C時，最大值為290μA。
• 動態(tài)性能：
  • 壓擺率：典型值為0.2V/μs。
  • 增益帶寬積：典型值為0.7MHz。
• 噪聲性能：
  • 電壓噪聲：在0.1Hz到10Hz時，典型值為0.4μVp - p。
  • 電壓噪聲密度：在f = 1kHz時，典型值為15nV/√Hz。
  • 電流噪聲密度：在f = 1kHz時，典型值為0.13pA/√Hz。

絕對最大額定值

不同封裝類型的熱阻參數(shù)有所不同，如8 - 引腳MSOP（RM）的θJA為190°C/W，θJC為44°C/W。需要注意的是，絕對最大額定值適用于25°C，超過這些額定值可能會對設備造成永久性損壞。

典型性能特性

文檔中給出了大量的典型性能特性曲線，包括輸入失調(diào)電壓分布、輸入失調(diào)電壓漂移分布、輸出電壓與負載電流關系、電源電流與溫度和電壓關系、開環(huán)增益和相移與頻率關系、閉環(huán)增益與頻率關系、輸出阻抗與頻率關系、小信號過沖與負載電容關系等。這些曲線能幫助工程師更好地了解放大器在不同條件下的性能表現(xiàn)。

基本操作原理

輸入級與輸出級

OP777/OP727/OP747采用精密雙極PNP輸入級與高壓CMOS輸出級相結合的設計。這種設計使得放大器的輸入電壓范圍能夠包含負電源電壓（在單電源應用中通常為地），并且輸出能夠擺動到離輸出軌1mV以內(nèi)。同時，輸入電壓范圍可擴展到離正電源軌1V以內(nèi)。PNP輸入結構具有高擊穿電壓、高增益的特點，輸入偏置電流與“達林頓”輸入級放大器相當，但避免了輸入電壓范圍、失調(diào)、漂移和噪聲等方面的缺點，還大大降低了噪聲和直流輸入誤差項。

電源電壓

該系列放大器在單5V電源下有完整的規(guī)格，并且由于設計和工藝創(chuàng)新，能在3.0V到30V的電源電壓下工作，也支持±15V的雙電源操作。其PSRR為130dB（0.3μV/V），CMRR為110dB（3μV/V），失調(diào)受電源或共模電壓的影響極小。

輸入共模電壓范圍

OP777/OP727/OP747的輸入共模電壓范圍從負電源到離正電源1V以內(nèi)，甚至在輸入電壓略低于VEE時仍能工作。在一些應用中，如配置為差分放大器時，即使輸入有正負直流共模電壓，輸出也不會出現(xiàn)失真。

輸入過電壓保護

當放大器輸入低于VEE超過一個二極管壓降或高于VCC時，可能會有大電流流入輸入引腳導致設備損壞。OP777/OP727/OP747內(nèi)置了500Ω的內(nèi)部限流電阻，可降低損壞的風險。同時，輸入晶體管的高擊穿特性使得放大器不需要在輸入之間使用鉗位二極管，避免了對一些應用電路（如精密整流器和比較器）的干擾。

相位反轉保護

許多放大器在輸入超出輸入共模電壓范圍時會出現(xiàn)相位反轉問題，可能導致伺服系統(tǒng)鎖定或放大器參數(shù)永久性變化。OP777/OP727/OP747具有防止相位反轉的保護電路，但不建議連續(xù)驅(qū)動輸入超出電源軌3V以上。

輸出級特點

CMOS輸出級具有出色且相對對稱的輸出驅(qū)動能力，在輕負載下能擺動到離兩個電源軌1mV以內(nèi)，優(yōu)于類似的所謂軌到軌雙極輸出級放大器。該系列放大器在電壓跟隨器配置下穩(wěn)定，在單電源操作中能響應低至高于地1mV的信號。

輸出短路保護

OP777/OP727/OP747系列放大器的輸出在意外短路到任一電源電壓時，只要長期不超過最大管芯溫度，就能受到保護。高達30mA的電流不會造成損壞。

應用電路

低側電流監(jiān)測器

在電源控制電路設計中，監(jiān)測和限制設備功率耗散至關重要。圖7所示的5V單電源電流監(jiān)測器可用于電壓調(diào)節(jié)器或高電流電源的設計中。它利用OP777的共模范圍擴展到地的特性，通過檢測電源回路中的小電壓降來監(jiān)測電流。輸出電壓與負載電流成反比，對于給定的元件值，當返回電流為1A時，輸出電壓為2.5V。

橋接應用

該系列放大器在許多橋接應用中非常有用。圖8展示了一個單電源橋接電路，其輸出與橋的分數(shù)偏差線性相關。在有雙電源的系統(tǒng)中，圖9所示的電路可用于檢測與橋的分數(shù)偏差線性相關的橋輸出。

單電源電流源

圖10所示的單電源電流源使用大電阻來維持微功耗運行，輸出電流可通過改變R2B電阻進行調(diào)整。其合規(guī)電壓由公式VL ≤ |VSAT| - |VS|確定。

單電源儀表放大器

圖11展示了一個使用一個OP727放大器的單電源儀表放大器。為了實現(xiàn)真正的差分放大，需要滿足R3/R4 = R1/R2的條件。電路的CMRR與電阻網(wǎng)絡的匹配程度有關，當電阻網(wǎng)絡的失配為0.1%時，CMRR可達100dB。通過修剪其中一個電阻（如R4）可最大化CMRR，OP727中兩個運算放大器的緊密匹配能顯著提升性能。

封裝與訂購信息

OP777、OP727和OP747有多種封裝可供選擇，包括8 - 引腳MSOP、8 - 引腳SOIC、8 - 引腳TSSOP、14 - 引腳TSSOP和14 - 引腳SOIC等。訂購指南中列出了不同型號、溫度范圍、封裝描述、封裝選項和品牌信息，方便工程師根據(jù)需求進行選擇。

總結

OP777/OP727/OP747系列精密微功耗單電源運算放大器憑借其卓越的性能、豐富的特性和多樣的應用電路，為電子工程師在設計中提供了可靠的選擇。無論是在精密儀器、遠程傳感器信號調(diào)理還是精密濾波器等應用中，都能發(fā)揮出色的作用。在實際應用中，工程師們需要根據(jù)具體的設計要求，結合放大器的各項參數(shù)和特性，合理選擇封裝和應用電路，以實現(xiàn)最佳的設計效果。大家在使用過程中遇到過哪些有趣的應用案例或者問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。