探索MAX406/MAX407/MAX409/MAX417 - MAX419單/雙/四通道單電源運(yùn)算放大器

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)電池供電系統(tǒng)、醫(yī)療儀器等設(shè)備時(shí)，運(yùn)算放大器的選擇至關(guān)重要。今天就來詳細(xì)聊聊Maxim推出的MAX406/MAX407/MAX409/MAX417 - MAX419系列單/雙/四通道單電源運(yùn)算放大器，看看它們有哪些獨(dú)特之處。

文件下載：MAX409.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX406、MAX407、MAX409、MAX417 - MAX419是專為電池供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單、雙和四通道低壓、微功耗、精密運(yùn)算放大器。每個(gè)放大器的靜態(tài)電流最大為1.2μA，且在整個(gè)電源范圍內(nèi)相對恒定，相比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微功耗運(yùn)算放大器有15 - 20倍的提升。其獨(dú)特的輸出級能在超低電源電流下工作，同時(shí)在負(fù)載條件下保持線性。當(dāng)由9V電池供電時(shí)，輸出能夠提供1.8mA的電流。

二、關(guān)鍵特性

2.1 低功耗

每個(gè)放大器的最大靜態(tài)電流僅1.2μA，單電源范圍為 +2.5V至 +10V，非常適合電池供電的應(yīng)用場景，能有效延長電池使用壽命。

2.2 高精度

例如MAX406A/MAX409A的最大失調(diào)電壓為500μV，典型輸入偏置電流小于0.1pA，能提供較為精確的信號處理。

2.3 寬輸入輸出范圍

共模輸入電壓范圍從負(fù)電源軌延伸到正電源的1.1V（單通道為1.1V，雙通道和四通道為1.2V）以內(nèi)，輸出級能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動(dòng)，增強(qiáng)了信號處理的靈活性。

2.4 多種帶寬選擇

不同型號的放大器具有不同的增益帶寬積。比如MAX406有補(bǔ)償和去補(bǔ)償兩種工作模式，補(bǔ)償模式下增益帶寬為8kHz，去補(bǔ)償模式下可達(dá)40kHz（AvCL ≥ 2V/V）；MAX407和MAX418內(nèi)部補(bǔ)償為單位增益穩(wěn)定，典型增益帶寬為8kHz；MAX409/MAX417/MAX419的典型帶寬為150kHz。

三、電氣特性分析

3.1 輸入失調(diào)電壓

不同型號和工作溫度下，輸入失調(diào)電壓有所不同。在TA = +25°C，V+ = 2.5V，V - = -2.5V的條件下，MAX406A/MAX409A的最大失調(diào)電壓為0.5mV，而MAX418/MAX419為4.0mV。隨著溫度的變化，失調(diào)電壓也會(huì)有一定的漂移。

3.2 輸入偏置電流

在典型情況下，輸入偏置電流小于0.1pA，但由于生產(chǎn)自動(dòng)化測試設(shè)備無法分辨低于1pA的輸入偏置電流，實(shí)際測試中使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備測得該系列放大器的典型輸入偏置電流低于0.1pA。

3.3 大信號電壓增益

在不同負(fù)載和輸出電壓條件下，大信號電壓增益也有所差異。例如在RL = 1MΩ，VOUT = ±2V的條件下，MAX406A/MAX409A的大信號電壓增益表現(xiàn)較好。

3.4 增益帶寬和壓擺率

不同型號的增益帶寬和壓擺率不同，這決定了它們在不同頻率和信號變化速度下的性能。如MAX406在去補(bǔ)償模式下壓擺率可達(dá)20V/ms，增益帶寬為40kHz。

四、典型應(yīng)用

4.1 緩沖式pH探頭

MAX406在商業(yè)溫度范圍內(nèi)輸入泄漏電流小于20pA，在 +25°C時(shí)通常小于100fA，非常適合用于緩沖pH探頭和各種高輸出阻抗化學(xué)傳感器。如圖3所示的電路，消除了通常連接pH探頭到儀表的昂貴低泄漏電纜，將MAX406和鋰電池包含在探頭外殼中，通過常規(guī)低成本同軸電纜將緩沖后的pH信號傳輸?shù)組AX131 A/D轉(zhuǎn)換器，而且在大多數(shù)情況下，探頭組件的電池壽命超過探頭本身的功能壽命。

4.2 微功耗4通道同時(shí)采樣保持電路

在采樣保持電路中，開關(guān)泄漏和緩沖輸入偏置電流會(huì)通過對保持電容上的信號電壓放電來限制性能（即“下垂”效應(yīng)）。MAX327的典型室溫泄漏電流為2pA，MAX407的典型輸入偏置電流為100fA，對于圖4的電路，典型下垂率為200V/sec。此外，該電路還具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)，通過使用軌到軌邏輯驅(qū)動(dòng)開關(guān)，可使開關(guān)關(guān)閉時(shí)的電源電流遠(yuǎn)低于1μA。

4.3 遠(yuǎn)程供電傳感器放大器

圖5所示的簡單2線電流變送器，在發(fā)射端除了傳輸信號本身外不消耗任何功率。0V至1V的輸入驅(qū)動(dòng)MAX406和連接為電壓控制電流源的NPN晶體管，0mA至2mA的輸出通過雙絞線傳輸?shù)?a target="_blank">接收器，并在接收器感測電阻R2上產(chǎn)生電壓，最終由另一個(gè)MAX406緩沖產(chǎn)生0V至1V的接地參考輸出信號。

4.4 負(fù)參考電路

通過將低功耗、低壓差基準(zhǔn)（MAX872）偏置在MAX406的反饋路徑中，可產(chǎn)生精確的 -2.50V參考，無需外部組件，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)反相配置。該電路的最大電流消耗為11μA，輸出負(fù)載由運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)，不會(huì)因負(fù)載調(diào)節(jié)而導(dǎo)致電壓下降，且無需對負(fù)載電容進(jìn)行補(bǔ)償，電源也無需仔細(xì)調(diào)節(jié)。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

5.1 帶寬選擇

根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的帶寬。如果需要高速信號處理，可以考慮使用MAX406的去補(bǔ)償模式或選擇MAX409/MAX417/MAX419等帶寬較高的型號；如果對帶寬要求不高，MAX407/MAX418的內(nèi)部補(bǔ)償單位增益穩(wěn)定模式就可以滿足需求。

5.2 穩(wěn)定性

雖然該系列放大器在驅(qū)動(dòng)重容性負(fù)載時(shí)能保持穩(wěn)定，但由于低功耗要求高阻抗電路，布局時(shí)應(yīng)盡量減少放大器輸入處的雜散電容。必要時(shí)可在反饋電阻兩端添加2pF至10pF的電容來確保穩(wěn)定性。

5.3 電源電壓

盡管該系列放大器可以在2.5V至10V的電源電壓下工作，但最佳性能是在低于7V的電源電壓下實(shí)現(xiàn)的。從典型工作特性中的開環(huán)增益與電源電壓圖可以看出，超過7V時(shí)開環(huán)增益會(huì)降低。

六、總結(jié)

MAX406/MAX407/MAX409/MAX417 - MAX419系列運(yùn)算放大器以其低功耗、高精度、寬輸入輸出范圍和多種帶寬選擇等特性，在電池供電系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、電計(jì)放大器等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，綜合考慮其電氣特性、穩(wěn)定性等因素，合理選擇和使用這些放大器，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用這些放大器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。