CC BY
134Компоненты и технологии, № 5'2005 Компоненты
Операционные усилители
для экономичных применений
Снижение энергопотребления электронной аппаратуры — постоянная задача для разработчиков. Особенно важным низкое энергопотребление является для аппаратуры, получающей питание от батарей или других источников питания ограниченной мощности: датчиков охранно-пожарной сигнализации, портативных измерительных и медицинских приборов, звукозаписывающих устройств, аппаратуры связи. Одна из возможностей для решения этой задачи — использование электронных компонентов, в том числе операционных усилителей, с низким собственным энергопотреблением и предпочтительно с однополярным питанием.
Михаил Пушкарев
Первый микромощный ОУ — это цЛ776 фирмы Fairchild, известный российским специалистам как 140УД12. Этот ОУ благодаря наличию дополнительного вывода управления позволяет изменением тока через него изменять ток потребления в пределах 20-200 мкА. При этом, естественно, изменяются его характеристики, как по постоянному, так и по переменному току. Обычная для своего времени схемотехника ограничивает его применение в настоящее время.
Электронные схемы на германиевых транзисторах, поскольку их основная масса имела PNP-структуру, имели в качестве общего провода положительный полюс источника питания. В отрицательный же полюс питания включались стабилизаторы и развязывающие фильтры. Массовое распространение кремниевых транзисторов, для которых NPN-структура оказалась технологичнее, сделало традиционным использование в качестве общего провода (земли) в аппаратуре с одним источником питания его отрицательного полюса. Совершенствование схемотехники и технологии производства операционных усилителей привело к выпуску так называемых «single supply» ОУ, в которых при питании от одного источника входное синфазное напряжение может достигать потенциала земли и даже быть ниже его, а минимальная величина выходного сигнала отличается от потенциала земли всего на несколько десятков милливольт. Первыми такими ОУ стало семейство LM124/224/324/2902 фирмы National Semiconductor. Схемотехника этих усилителей оказалась настолько удачной, что они получили очень широкое распространение и выпускаются многими фирмами под теми же или несколько модифицированными обозначениями. Существуют версии этих усилителей с измененной схемой и уменьшенным энергопотреблением.
Дальнейшее развитие схемотехники ОУ, и в особенности освоение технологии КМОП линейных интегральных схем, привело к появлению так называемых «Rail-to-Rail» усилителей, в которых входное
и выходное напряжения либо одно из них могут изменяться вплоть до отрицательного и положительного полюсов питания. В некоторых моделях ОУ с входом «Rail-to-Rail» входное напряжение может на 100-300 мВ выходить за пределы напряжения источника питания. Существуют и такие уникумы, как LT1782/LT1783/LT1784 от Linear Technology, работоспособность которых сохраняется при входном синфазном напряжении до 18 В при напряжении питания 3 В, правда при существенном увеличении входного тока.
Входной каскад Rail-to-Rail представляет собой параллельное соединение двух дифференциальных пар на комплементарных биполярных или МОП-транзи-сторах. Соответственно, с изменением входного синфазного напряжения изменяется входной ток, вплоть до изменения его направления, изменяется напряжение смещения, возможно с изменением знака. В точке переключения, где одна из дифференциальных пар прекращает работать, эти изменения могут иметь скачкообразный характер. Изменяются также и частотные характеристики ОУ. По этим причинам нежелательно использовать полный диапазон входного синфазного напряжения. Поскольку в последних разработках ОУ точка переключения преднамеренно смещена к одному из полюсов питания, это требование не вызывает практических затруднений. А вообще-то, без крайней необходимости лучше не использовать ОУ с входным каскадом Rail-to-Rail, особенно в прецизионных схемах на постоянном токе, тем более что такая необходимость возникает весьма редко.
При использовании ОУ с однополярным питанием может наблюдаться явление «переворота фазы». Если не предусмотрены встроенные или внешние элементы защиты, при выходе входного напряжения за пределы напряжения источника питания более установленных границ выходной сигнал ОУ меняет фазу на противоположную ожидаемой. Чаще всего после снятия входного сигнала работоспособность схемы восстанавливается. Характерным примером схемы, лишенной такой способности, явля-
Компоненты и технологии, № 5'2005
Таблица 1
П "О 5 о\ О ■о Изготовитель Количество ОУ в корпусе Напряжение питания, В Ток потребления одного ОУ (тип.), мкА Частота единичного усиления (тип.), МГц Скорость нарастания (тип.), В/мкс Напряжение смещения (тип.), мВ Входной ток (тип.), нА Спектральная плотность шумов по напряжению Л кГц), нВ/УГц ! * ' и £ ь ; ФО& пн С Выходной ток (втекающий/ вытекающий), мА Rаil-to-Rаil Однополярное питание Отключение Переворот фазы
д в выход
МСР6041 МСР 1, 2, 4 1,4-5,5 0,6 0,014 0,003 0,5 0,001 170(1) 0,0006(1) 21(кз) X УСС=1,4 В; 1СС=0,6 мкА
МСР6141 МСР 1, 2, 4 1,4-5,5 0,6 0,014 0,003 0,2 0,001 170(1) 0,0006(1) 10 X УСС=1,4 В; 1СС=0,6 мкА
МАХ4480 МАХ 1, 2, 4 2,5-5,5 50 0,14 0,08 0,0001 100(10) 0,001(10) 17/3 (кз) УСС=1,8 В; 1СС=0,75 мкА
Т1_У2401 ТІ 1, 2, 4 2,5-16 0,88 0,0055 0,0025 0,39 0,025 500(0,1) 0,008(0,1) 0,1/0,15 БиКМОП, переполюсовка питания до 18 В
МАХ4036 МАХ 1, 2 1,4-3,6 0,9 0,004 0,0004 0,2 0,001 500(1) Низковольтный
ТЬУ2241 ТІ 1, 2, 4 2,5-12 0,98 0,0055 0,002 0,6 0,1 500(0,1) 0,008(0,1) 0,1/0,15 КМОП, очень малый ток потребления
МАХ406 МАХ 1, 2, 4 2,5-10 0,008-0,04 0,005-0,08 0,25-1 0,0001 150(1) 0,1/0,3 КМОП, изменение частотной характеристики МАХ406
ОРА349 ТІ 1, 2 1,8-5,5 0,07 0,02 0,0005 300(1) 0,0004(1) X КМОП, 1,8 В, 1 мкА
Т3941 3ТМ 1, 2, 4 2,5-10 1,2 0,01 0,0045 2-10 тах 0,001 КМОП
ЬМУ422 N3 2,7-5,5 2-400 0,027-0,8 0,014-3,8 0,005 25-60(1) 0,006(1) Режим с пониженным энергопотреблением
ОР181 Ай 1, 2, 4 2,7-12 3,2 0,1 0,027 0,1 2 75(1) 1/0,8 X
МІС863 МІС 2-5,5 4,2 0,45 0,35 0,1 0,01 6/5 Большая емкостная нагрузка
МІС861 МІС 2,43-5,25 4,6 0,4 0,12 0,02 6/5 Большая емкостная нагрузка
ТС1029 МСР 1, 2, 4 1,8-5,5 0,09 0,035 0,1 0,05 125(1) 4/3 • КМОП
Т1_У2381 ТІ 1, 2 2,7-16 7 0,16 0,06 0,5 0,001 90(1) 0,5 • КМОП
ТЬУ27И ТІ 1, 2 2,7-16 7 0,16 0,06 0,5 0,001 89(1) 0,6(1) БиМОП
ЬРУ321 N3, ТІ 1, 2, 4 2,7-5 7 0,24 0,1 1,5 2 146(1) 0,3(1) 5/10 Экономичный 321, большая емкостная нагрузка
ІСЬ7611 МАХ 1,2, 3,4 2-16 10-1000 0,044-1,4 0,016-1,6 0,0001 100(1) 0,01(1) 10 • КМОП, программируемый
ТЬС25Ь2 ТІ 2, 4 1,4-16 10 0,085 0,03 0,2-1,1 0,0006 68(1) КМОП
ТЬС27И ТІ 3-16 10 0,085 0,03 0,24-1,1 0,0006 68(1) 5/2 X КМОП
ТЬУ2322 ТІ 2, 4 2-8 10 0,085 0,03 1,1 0,006 68(1) 5/2 КМОП
Т3271 3ТМ 3-16 10-800 0,1-2,3 0,04-4,5 0,25-1,1 0,001 30(1) 1,2/1 КМОП, программируемый
МАХ4040 МАХ 1, 2, 4 2,4-5,5 12 0,09 0,04 0,25 2 70(1) 0,05(1) 2,5/0,7 (кз) • X Защита входов: диоды + резисторы 2,2 кОм
Т1_У2211 ТІ 2,7-10 13 0,065 0,025 0,45 0,001 21(1) 0,0006(1) 1,5/0,3 КМОП, очень малые входные токи, малошумящий
ТЬУ2711 ТІ 2,7-10 13 0,065 0,025 0,45 0,001 21(1) 0,0006(1) 1,5/0,3 КМОП, очень малые входные токи, малошумящий
МАХ4240 МАХ 1, 2, 4 1,8-5,5 14 0,09 0,2-0,25 2 70(1) 0,05(1) 2,5/0,7 (кз) • X Работоспособен от 1,5 В
МАХ4289 МАХ 1-5,5 18 0,017 0,006 0,2 5 X УСС=1В
МСР606 МСР 1, 2, 4 2,5-5,5 19 0,155 0,08 0,01 0,001 38(1) 0,003(1) 12/15 X КМОП
МСР616 МСР 1, 2, 4 2,3-5,5 19 0,19 0,08 0,02 15 32(1) 0,07(1) 17(кз) X Би-КМОП
ТЬУ2760 ТІ 1, 2, 4 1,8-3,6 20 0,5 0,23 0,55 0,003 95(1) 0,0008(1) 7 • КМОП, 1,8 В, очень малые входные токи
МСР6231 МСР 1, 2, 4 1,8-5,5 20 0,3 0,15 0,5 0,001 52(1) 0,0006(1) 10/8 • X КМОП
Т3931 3ТМ 1, 2, 4 2,7-10 20 0,1 0,05 2-10 тах 0,001 76 КМОП
ОРА347 ТІ 1, 2, 4 2,35,5 20 0,35 0,17 0,0005 60(1) 0,0007(1) • X КМОП
ОРА336 ТІ 1, 2, 4 2,3-5,5 20 0,1 0,03 0,06-0,5 0,001 40(1) 0,03(1) 2/1,5 X КМОП
А1_й1706 Мй 1, 2, 4 2-12 20 0,2 0,17 0,001 0,2 (кз) • КМОП
МІС7111 МІС 1,8-11 20 0,025 0,02 0,9 0,001 80(кз) • X Большой выходной ток
ЬР324 N3, ТІ 4 3-32 21 0,1 0,05 2 1/4 Экономичный 324
ТЬУ2450 ТІ 1, 2, 4 2,7-6 23 0,22 0,11 0,3 0,5 52(1) 3,5(1) 3/7 • БиКМОП
ОРА241 ТІ 1, 2, 4 2,7-36 25 0,035 0,01 0,05-0,1 4 45(1) 0,04(1) 24/4(кз) 0100 дБ
ОРА251 ТІ 1, 2, 4 2,7-36 25 0,035 0,01 0,1 4 45(1) 0,04(1) 24/4(кз) 0100 дБ
ЬТ1462 ІТ 2, 4 10-30 26 0,175 0,13 0,4 0,001 92(0,01) 0,0005(0,01) 10 X УСМ=УСС; большая емкостная нагрузка
МАХ4162 МАХ 1, 2, 4 2,7-10 27 0,2 0,115 0,5 0,0001 80(1) 3/4 • X КМОП
МІС862 МІС 2-5,5 31 4 0,1 0,01 8/5 ОВР=3 МГц
МІС860 МІС 2,43-5,25 33 4 0,02 10/5 ОВР=4 МГц
Т1_С2252 ТІ 2, 4 4,4-16 35 0,2 0,12 0,2 0,001 19(1) 0,0006(1) 2,5/0,15 КМОП, малошумящий
ТЬУ2252 ТІ 2, 4 2,7-16 35 0,2 0,12 0,2 0,0005 19(1) 0,0006 2,5/0,15 X КМОП, малошумящий
ЬТ1490 ІТ 2, 4 2-44 40 0,18 0,06 0,22 5 50(1) 0,03(1) 10 • X Переполюсовка питания до 18 В
ЬТ1782 ІТ 2,5-18 40 0,2 0,07 0,4 8 50(1) 0,05(1) 18 • X УСМ=0-18 В, переполюсовка питания до 18 В
ЬРС660 N3 1, 2, 4 5-15 40 0,35 0,11 0,000002 42(1) 0,0002(1) КМОП
ЬМС6572 N3 2, 4 2,7-11 40 0,22 0,09 0,5 0,00002 45(1) 0,002(1) КМОП, очень малый входной ток
ЬТ1636 ІТ 2,7-44 42 0,2 0,07 0,05 5 52(1) 0,035(1) 4/10 • X УСМ=-5-44 В, переполюсовка питания до 27 В
ЬМС6022 N3 2, 4 5-15 43 0,35 0,11 0,00004 42(1) 0,0002(1) 7 КМОП
МАХ4076 МАХ 1, 2, 4 2,5-5,5 45 0,23 0,1 1,2 0,001 110(5) 0,0011(5) 5/22 (кз) КМОП, очень малый входной ток
ОРА348 ТІ 1, 2, 4 2,1-5,5 45 0,5 0,0005 35(1) 0,0004(1) 2,5 • X КМОП, 1 МГц
ОР196 Ай 1, 2, 4 3-12 45 0,35 0,3 0,035 10 26(1) 0,19(1) 1,5/1 • X Защитные диоды на входах
Ай8541 Ай 1, 2, 4 2,7-5,5 45 0,92 0,004 42(1) 0,1 10/12 • X
ОРА244 ТІ 1, 2, 4 2,2-36 50 0,43 0,1 0,7 10 22(1) 0,04(1) X
МСР6241 МСР 1, 2, 4 1,8-5,5 50 0,55 0,3 0,001 45(1) 0,0006(1) 12/9 • X КМОП
ТЬУ2422 ТІ 2,7-10 50 0,052 0,02 0,3 0,001 18(1) 0,0006(1) 2,5/4 X КМОП, очень малые входные токи, малошумящий
МАХ4470 МАХ 1, 2, 4 1,8-5,5 0,75 0,009-0,04 0,002-0,02 0,5 0,2 150(1) 12/2 КМОП, малые нелинейные искажения
ТЬУ341 ТІ 1, 2, 4 1,8-5 75 2,3 0,3 0,001 33(1) 0,001(1) 12 КМОП
ЬР324 ТІ 4 3-32 85 0,1 0,05 2 0,2 3/4 X Экономичный 324
ТЬУ2432 ТІ 2, 4 2,7-10 100 0,55 0,25 0,3 0,001 18(1) 0,0006(1) 2,5/4 • X КМОП, очень малые входные токи, малошумящий
МСР6001 МСР 1, 2, 4 1,8-5,5 100 0,6 0,001 28(1) 0,0006(1) 9 • X КМОП
МАХ4291 МАХ 1, 2, 4 1,8-5,5 100 0,5 0,2 0,03 15 12(10) 1,5(10) 20 (кз) • X Малые нелинейные искажения
Т1_С25М2 ТІ 2, 4 1,4-16 105 0,525 0,43 0,22-1,1 0,0006 32(1) КМОП
ТЬУ2332 ТІ 2, 4 2-8 105 0,525 0,43 1,1 0,006 32(1) 5/2 КМОП
ЬМУ341 N3, ТІ 1, 2, 4 2,7-5,5 107 0,025-0,7 0,00002 39(1) 0,01(1) 10 • • КМОП
ТЬУ2221 ТІ 2,7-10 110 0,51 0,18 0,61 0,001 19(1) 0,0006(1) 1,8/1 • КМОП, малошумящий, очень малые входные токи
ТЬУ2721 ТІ 2,7-10 110 0,51 0,25 0,5 0,001 19(1) 0,0006(1) 1,8/1 • КМОП, очень малые входные токи, малошумящий
Є~
Компоненты и технологии, № 5'2005
Таблица 1 (продолжение)
Л ! 5 Количество ОУ в корпусе ф 5 X ї 6 С 0 1 В Ток потребления одного ОУ (тип.), мкА Частота единичного усиления (тип.), МГц п. и £ ^ £ к в « § р а н Напряжение смещения (тип.), мВ Входной ток (тип.), нА I * ІК г £ ° і? § в * її = Г и 3 І и ' 1ч Е ё ; ФО^ пн и 1 1 И ив ¿ли са РаіНо-РаіІ Однополярное питание Отключение Переворот фазы
5 й 5 д о £ выход
№/3Д5230 РН 1,8-15 110-600 0,25-0,6 0,09-0,25 0,4 20-40 30 5/4 X Программируемый
ЬМУ931 N3, ТІ 1, 2, 4 1,8-5 116 1,5 0,42 14 50(1) 0,07(1) 12 Би-КМОП
ІМУ981 N3, ТІ 1, 2 1,8-5 116 1,5 0,42 15 50(1) 0,07(1) 20/40 • Би-КМОП
ЬМХ321 МДХ 1, 2, 4 2,3-7 120 1,3 65(1) 0,13(1) 20/12 X
ДШ1701 Дій 1, 2, 4 2-12 120 0,7 0,7 0,001 1 (кз) КМОП
МДХ4091 МДХ 1, 2, 4 2,7-6 130 0,5 0,2 0,03 20 12(10) 1,5(10) 15/23 X Защита входов; диоды + резисторы 1,7 кОм
ОР295 Дй 2, 4 3-36 130 0,075 0,03 0,03 51(1) 0,1(1) 6/4
ЬМУ321 N3, ТІ, иТС 1, 2, 4 2,7-5 130 1,7 15 39(1) 0,21(1) 30/12 Би-КМОП
ІТ1464 1Т 2, 4 10-30 135 0,9 0,4 0,0004 33(0,01) 0,0004(0,01) 10 X УСМ=УСС; большая емкостная нагрузка
МДХ492 МДХ 1, 2, 4 2,7-6 150 0,5 0,2 0,2 25 25(1) 0,1(1) 30 (кз) X Защита входов; диоды + резисторы 1,7 кОм
ОРД342 ТІ 1, 2, 4 2,7-5,5 150 0,0002 30(1) 0,0005(1) 7/5 КМОП
ОРД344 ТІ 1, 2, 4 2,7-5,5 150 0,8 0,2 0,0002 30(10) 0,0005(10) КМОП
ОРД345 ТІ 1, 2, 4 2,7-5,5 150 0,2 0,0002 30(10) 0,0005(10) КМОП
ОРД705 ТІ 1, 2, 4 4-12 160 0,6 0,5 0,001 45(1) 0,0025(1) X КМОП
КМ4170 1, 2, 4 2,5-5,5 160 1,5 90 22(10) 16 X ЗР=9 В/мкс
КМ7101 2,5-6 160 1,5 90 22(10) 30 X ЗР=9 В/мкс
ОРД703 ТІ 1, 2, 4 4-12 160 0,6 0,16 0,001 45(1) 0,0025(1) X КМОП
ОРД704 ТІ 1, 2, 4 4-12 160 0,16 0,001 45(1) 0,0025(1) X КМОП
Т31851 3ТМ 1, 2, 4 1,8-6 162 0,63 0,25 0,1 16 40 30/15
ЬМУ301 N3 1,8-5 163 0,66 0,9 0,0002 40(1) 9/6 КМОП, 1,8 В, очень малые входные токи
МСР6271 МСР 1, 2, 4 2-5,5 170 0,9 0,5 0,001 20(1) 0,003(1) 25(кз) • X КМОП
ЬТ1638 ІТ 2, 4 2,5-44 170 1,075 0,38 0,2-0,4 20 20(1) 0,3(1) 8/4 X УСМ=-0,4-44 В; переполюсовка питания до 18 В
ОРД237 ТІ 1, 2, 4 2,7-36 170 1,4 0,5 0,25 10 28(1) 0,06(1) 0,3/1,6
ЬМ124 N3, ТІ, Д3, Іі, 4 3-32 175 0,5 1-2 20-45 0,03/10 •
МС33171 ON 1, 2, 4 3-44 180 1,8 2,1 2,5 20 32(1) 0,2(1) 15/3(кз) •
ТІ031 ТІ 1, 2, 4 10-30 190 1,1 2-5,1 0,34-0,91 0,002 41(1) 0,003(1) 2,5/5 ПТ-вход
1_Т1637 ІТ 2,7-44 190 0,35 0,1 20 27(1) 0,08(1) X УСМ=-0,4-44 В; переполюсовка питания до 25 В
ТЬС2262 ТІ 2, 4 4,4-16 200 0,71 0,55 0,3 0,001 12(1) 0,0006(1) 2,5/0,7 КМОП, малошумящий
ТЬУ2262 ТІ 2, 4 2,7-16 200 0,71 0,55 0,3 0,001 12(1) 0,0006 2,5/0,7 КМОП, малошумящий
ТІ061 ТІ, иТС 1, 2, 4 4-36 200 3,5 2-3 0,03 42(1) ПТ-вход
РДЫ4174 1, 2 2,7-5 200 3,7 0,005 25 33(кз) X КМОП
ЬТ1783 ІТ 2,5-18 210 1,25 0,42 0,4 45 2(1) 0,14(1) 18 • X УСМ=-9-18 В; переполюсовка питания до 18 В
МРС4061 NEC 4-32 220 0,01 30(1) 1/5 ПТ-вход
ЬТ1351 ІТ 1, 2, 4 5-30 220 2,5 50 0,3 20 14(10 0,5(10) 7 Быстродействующий
ОРД137 ТІ 1, 2, 4 4,5-36 220 3,5 1,5-2,5 0,005 45(1) 0,0012(1) 4/3 ПТ-вход
ОР191 Дй 1, 2, 4 2,7-12 220 0,4 0,08 30 35(1) 0,8(1) 8,75 (кз) X Защита входов: диоды + резисторы 5 кОм
МСР601 МСР 1, 2, 4 2,7-5,5 230 2,8 2,3 0,7 0,001 29(1) 0,0006(1) 10/6 • X КМОП
Т3912 3ТМ 2, 4 2,7-16 230 0,8 2-10 тах 0,001 30(1) 4 КМОП
МДХ4330 МДХ 2,3-6,5 245 1,5 0,25-0,65 25 28(10) 0,26(10) 20 (кз) • X ОВР=3 МГц
ЬМ158 N3, Д3, Іі, lND 3-32 250 1-2 20-45 0,03/10 •
ЬМУ821 N3, ТІ 1, 2, 4 2,5-5,5 250 5,6 40 24(1) 0,25(1) 20/12 • ОВР=5,6 МГц
ТЬЕ2161 ТІ 7-36 280 5,8 10 0,5-0,8 0,003 43(1) 0,001(1) 30 ПТ-вход, большая нагрузочная способность
МІС919 МІС 5-18 300 23 850 0,43 130 10(10) 0,78(10) 25/40(кз) ОВР=23 МГц
МІС921 МІС 5-18 300 37 1500 0,43 130 12(10) 0,7(10) 25/40(кз) ОВР=37 МГц
Дй8631 Дй 1, 2 1,8-6 300 0,8 40 23(1) 1,7(1) X Защита входов: диоды + резисторы 1 кОм
МДХ4281 МДХ 1, 2, 4 2,5-5,5 320 0,7 0,5 0,05 60(10) 0,0018(10) 65/10 (кз) X
1_МС6035 N3 2, 4 2,7-15 325 1,4 1,5 0,5 0,00002 27(1) 0,0002(1) 20/12 КМОП
ЬМ146 N3 4 3-44 350 1,2 0,4 0,5 50 28(1) 20(кз) Программируемый (характеристики при ^=10 мкА)
Дй8515 Дй 1,8-5 350 2,7 0,005 22(1) 0,05(1) 20 (кз) X КМОП
ЬМ6132 N3 2, 4 2,7-24 360 10 14 0,25 110 27(1) 0,18(1) 1/3 X СВР=10 МГц
ЬМС660 N3 2, 4 5-15 375 1,4 1,1 0,000002 22(1) 0,0002(1) 7 КМОП
ЬМС6032 N3 2, 4 5-15 375 1,4 1,1 0,00004 22(1) 0,0002(1) 7 КМОП
Т3902 3ТМ 2,7-16 400 1,4 10 тах 0,001 30(1) • КМОП
МІС7122 МІС 4 2,2-15 400 0,465 0,6 0,5 0,001 40(кз) КМОП, большой выходной ток
МДХ4249 МДХ 1, 2, 4 2,4-5,5 420 3-22 0,3-2,1 0,07 0,0001 8,9(1) 0,0005(1) 20/9 • Малошумящий с малыми нелинейными искажениями
Т31871 3ТМ 1, 2, 4 1,8-6 500 1,8 0,6 0,1 70 27 50/25
1_Т1784 ІТ 2,5-18 500 2,5 2,1 1,5 250 25(10) 0,3(10) 15 • X УСМ=-9-18 В; переполюсовка питания до 18 В
ЬМС6482 N3 2, 4 3-15 500 1,5 1,3 0,11 0,00002 37(1) 0,03(1) 7 X КМОП, очень малый входной ток
ЬМС7101 N3 2,7-15,5 500 0,11 0,001 37(1) 0,0015(1) 7 X КМОП
ЬМС6492 N3 2, 4 2,5-15 500 1,5 1,3 0,11 0,00015 37(1) 0,06(1) 7 X КМОП
КМ4110 Р 2,7-6 505 33 50 30 12(10) 15 • X Быстродействующий
ОРД337 ТІ 1, 2 2,5-5,5 525 3 1,2 0,5 0,0002 26(1) 0,0006(1) 1,5 X КМОП
ОРД338 ТІ 1, 2 2,5-5,5 525 12,5 4,6 0,5 0,0002 26(1) 0,0006(1) 1,5 X КМОП
ОР162 Дй 1, 2, 4 2,7-12 500 15 10 0,045 360 9,5(1) 0,4(1) 40 X Нет защиты выхода от коротких замыканий
ТЬУ2460 ТІ 1, 2, 4 2,7-6 550 6,4 1,6 0,5 1,3 14(0,1) 0,13(0,1) 30 • КМОП, малошумящий, большая нагрузочная способность
ОРД373 ТІ 1, 2 2,3-5,5 585 6,5 5 0,0005 15(10) 0,0004(1) 3 • X КМОП
ОРД374 ТІ 1, 2, 4 2,3-5,5 585 6,5 5 0,0005 15(10) 0,0004(1) 3 X КМОП
Є~
Компоненты и технологии, № 5'2005
Таблица 1 (окончание)
Прибор Изготовитель 5 8 о о ta ^ і s * олив Напряжение питания, В Ток потребления одного ОУ (тип.), мкА Частота единичного усиления (тип.), МГц Скорость нарастания (тип.), В/мкс Напряжение смещения (тип.), мВ Входной ток (тип.), нА Спектральная плотность шумов по напряжению (f, кГц), нВ/^Гц Спектральная плотность шумов тока (f, кГц), пА/^Гц Выходной ток (втекающий/ вытекающий), мА Rail-to-Rail * ! s 1 ное рне € І = І £ і д О Отключение Переворот фазы Особенности
AD8565 AD 1, 2, 4 4,5-16 700 5 6 2 80 25(10) 0,8(10) 20 x Импульсный выходной ток до 250 мА
MAX4122 MAX 1, 2, 4 2,7-6,5 725 5 2 0,25-0,4 50 22(1) 0,4(1) 50(кз) • x Малые нелинейные искажения
MAX4321 MAX 1 2,4-6,5 725 5 2 1,2 50 22(1) 0,4(1) 50(кз) x УСС=1,8 В; низкоомная нагрузка
MAX4322 MAX 1, 2, 4 2,4-6,5 725 5 2 0,7-1,2 22(1) 0,4(1) 50(кз) • x кн>250 Ом
OPA340 TI 1, 2, 4 2,7-5 750 5,5 6 0,15 0,0002 25(1) 0,003(1) 20 КМОП, малые нелинейные искажения
OPA341 TI 1, 2 2,7-5,5 750 5,5 6 2 0,0006 25(1) 0,003(1) 20 • КМОП
AD8591 AD 1, 2, 4 2,5-6 750 3 5 2 0,005 45(1) 0,05(1) 60/50 • x Импульсный выходной ток до 250 мА
MAX4490 MAX 1, 2, 4 2,7-5,5 800 10 10 1,5 0,00005 12(1) 0,001(1) 50(кз) • КМОП, СВР=10 МГц
Примечания:
1. В столбце «Изготовитель»: AD — Analog Devices Inc.; ALD — Advanced Linear Devices Inc.; AS — Альфа; F — Fairchild Semiconductor; IL — Интеграл;
LND — Linear Dimensions Semiconductor; LT — Linear Technology Co.; MAX — Maxim Integrated Products; MCP — Microchip Technology Inc.; MIC — Micrel Inc.;
NEC — Nippon Electronics Co.; NS — National Semiconductor Co.; ON — ON Semiconductor; PH — Philips Semiconductors; STM — STMicroelectronics;
TI — Texas Instruments Inc.; UTC — Unisonic Technologies.
2. В столбцах «Rail-to-Rail (вход, выход)», «Однополярное питание», «Отключение» символом • отмечено наличие соответствующего признака.
3. В столбце «Переворот фазы» символом • отмечено наличие явления, символом x — отсутствие явления, пустая ячейка означает отсутствие четких указаний в справочных данных изготовителя.
ется схема преобразователя напряжения в ток для двухпроводного датчика с токовым выходом 4-20 мА, приведенная в справочном материале на ОУ OP295/OP495 Analog Devices. При использовании в такой схеме ОУ, страдающего недугом «переворота фазы», без защитных элементов схема защелкивается с возрастанием потребляемого тока и возвращается в исходное состояние только после снятия питания.
В производстве операционных усилителей используются различные конструктивно-технологические решения, позволяющие в различных комбинациях получить требуемые характеристики:
• входные каскады на биполярных транзисторах обычно обеспечивают наименьший сдвиг нуля, его минимальный температурный дрейф и наименьшие значения напряжения шумов;
• входные каскады на полевых транзисторах с р-п-переходом и МОП-транзисторах имеют наименьшие входные токи и очень малый шумовой ток;
• выходные каскады на биполярных транзисторах могут обеспечивать большие выходные токи;
• технология линейных КМОП микросхем позволяет изготовить ОУ с минимальным энергопотреблением, но с максимальным напряжением питания не более 12 В.
Как правило, уменьшение собственного энергопотребления ОУ ведет к снижению быстродействия и повышению уровня шума, однако постоянное и непрерывное совершенствование технологии интегральных схем с уменьшением топологических размеров ведет к появлению все новых и новых семейств ОУ с более совершенными параметрами.
Экономичные ОУ выпускаются многими фирмами, но особенно преуспели в этом Linear Technology, Maxim, Microchip, National Semiconductor, Texas Instruments, STMicroelectronics. Наиболее экономичные ОУ у Maxim и Microchip, а в производстве прецизионных экономичных ОУ впереди
Analog Devices, Linear Technology и Texas Instruments.
Семейства ОУ с их краткими характеристиками сгруппированы в таблицы. Все данные взяты из официальных материалов изготовителей. Основными критериями отбора стали минимальный потребляемый ток и работоспособность с однополярным питанием, что является определяющим для аппаратуры с батарейным питанием. Не рассмотрены ОУ с токовой обратной связью, мало используемые в портативной аппаратуре.
Наряду с ОУ, специально предназначенными для работы с одним источником питания, в таблицы включена и часть ОУ, не имеющих такой характеристики. Это касается ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах, удобных для построения активных фильтров, особенно инфранизких частот, и некоторых быстродействующих ОУ.
Для уменьшения объема таблиц каждое из семейств представлено основным исполнением. В отличие от обычного представления в подобных таблицах лучших показателей по каждому параметру, все параметры по возможности приведены при питающем напряжении 5 В, что дает лучшие возможности для сравнения ОУ разных производителей. Диапазон допустимых значений напряжения питания показан для однополярного включения. Максимальный выходной ток приведен для размаха выходного напряжения на 0,5 В меньше его максимально возможного значения. Жирным шрифтом выделены значения параметров во всем рабочем диапазоне температур.
Более подробные таблицы с большим набором параметров, в том числе с указанием рабочего диапазона температур и вариантов корпусов, можно скачать по ссылке http://www.finestreet.ru/dl.php?f=kitxls
Большая часть ОУ вошла в таблицу 1. В этой таблице практически все усилители имеют типичное значение тока потребления менее 0,5 мА. Только несколько ОУ с типовым значением потребляемого тока до 0,8 мА
представлены в качестве примеров усилителей с большим выходным током и быстродействием.
Чемпионами по энергопотреблению являются ОУ серий MCP604x и MCP614x от Microchip с током потребления 0,6 мкА и MAX4036, MAX4038 от Maxim с током потребления 0,9 мкА. Естественно, при этом они имеют очень малое быстродействие и повышенный уровень шумов. Для ОУ MAX4289, Maxim минимально допустимое напряжение питания составляет всего 1 В, что является рекордным показателем. Характеристики ОУ, особенно напряжение смещения и входные токи, существенно зависят от температуры окружающей среды, что требуется учитывать при конструировании аппаратуры. ОУ с минимальным температурным дрейфом напряжения смещения обычно относятся к категории прецизионных, которые рассматриваются ниже. А вот усилители LMC6482/LMC6484 фирмы National Semiconductor, изготовленные по КМОП-технологии, имеют входной ток не более 4 пА в диапазоне температур окружающей среды -40.. .+85 °С и не более 10 пА при температурах -55... + 125 °С.
Прецизионные усилители представлены в таблице 2. Как и для ОУ общего применения, типовое значение потребляемого тока не превышает 0,5 мА, и только AD8625/AD8626/AD8627 с током потребления 0,63 мА приведены в качестве примера прецизионного широкополосного ОУ с большим выходным током. Обычно усилители с входными каскадами на полевых транзисторах имеют заметно большие значения напряжения смещения и его температурного дрейфа, и в большинстве своем прецизионные ОУ производятся по биполярной технологии. Однако такие КМОП прецизионные ОУ, как OP334 Texas Instruments с автокоррекцией нуля, имеют типовое значение напряжения смещения на уровне 1 мкВ.
Снижение энергопотребления плохо совмещается с обеспечением быстродействия, но есть и весьма быстродействующие усилители с достаточно малым потребляемым током. Поис-
Компоненты и технологии, № 5'2005
Таблица 2
П "О S с\ о ■о Изготовитель Количество ОУ в корпусе Напряжение питания, В Ток потребления одного ОУ (тип.), мкА Частота единичного усиления (тип.), МГц я h о со ! i от р( о к и Напряжение смещения (тип.), мкВ >s , 1 = .5 £ І 1 j Г s 1 Ф § І 5 Те Входной ток (тип.), нА Спектральная плотность шумов по напряжению (f, кГц), нВ/УГц а к о я тц il * 1 §ъ о л п Выходной ток (втекающий/ вытекающий), мА Rail-to-Rail ное рне ' і = і £ і Одн Отключение Переворот фазы
г s д о а л в
LT1494 LT 1, 2, 4 2,2-36 0,0027 0,001 150 0,4 0,25 185(0,1) 0,01(0,1) 0,5 • • • VIN=-0,3-36 В
LT1672 LT 1, 2, 4 2,2-36 1,5 0,012 0,005 150 0,4 0,25 185(0,1) 0,01(0,1) 0,5 • • • VIN=-0,3-36 В
OP90 AD, AS 1, 2, 4 1,6-36 10 0,02 0,012 50-600 0,3-4 4 •
TS27L2 STM 3-16 10 0,1 0,04 250-1100 1,1 0,001 68(1) 1,5/1 • КМОП
TS27L4 STM 4 3-16 10 0,1 0,04 250-1100 1,1 0,001 68(1) 1,5/1 • КМОП
TLC27L2 TI 3-16 10 0,085 0,03 170-1100 1,1 0,0006 68(1) КМОП, входные резисторы
TLC27L4 TI 4 3-16 10 0,085 0,03 200-1100 1,1 0,0006 70(1) КМОП, входные резисторы
TLC1078 TI 2, 4 1,4-16 10 0,085 0,032 160-190 1,1 0,0006 68(1) 5/2 x КМОП, входные резисторы
MXL1178 MAX 2, 4 2,2-36 12 0,085 0,04 30-90 0,6 50(0,01) 0,03(0,01)
LT2178 LT 2, 4 5-44 13 0,06 0,025 30-40 0,4-0,6 50(0,01) 0,03(0,01) Входные резисторы 600 Ом
MAX478 MAX 2, 4 2,2-36 13 0,085 0,04 40-90 0,6-0,8 0,05 65(1 ) 0,01(1)
LT1178 LT 2, 4 5-44 14 0,06 0,025 30-40 0,6-0,8 50(0,01) 0,03(0,01) Входные резисторы 600 Ом
MAX480 MAX 1,6-36 14 0,02 0,005 40-70 0,3 1-3
OP193 AD, AS 1, 2, 4 1,7-36 14,5 0,035 0,012 75-275 0,2 0,003 65(1 ) 0,05(1) x
ALD1726 ALD 1, 2 2-12 25 0,4 0,17 50-70 0,00001 55(1) 0,0006(1) 0,2 (кз) • • КМОП, электрическое программирование Vos
LT2078 LT 2, 4 5-44 38 0,2 0,07 30-40 0,4-0,6 29(0,01) 0,06(0,01) 2/4 x Входные резисторы 600 Ом
LT1077 LT 1, 2, 4 5-44 39 0,2 0,07 9-60 7 28(0,01) 0,065(0,01) 3/5 x Входные резисторы 600 Ом
LT1466L LT 2, 4 2-10 60 0,12 0,04 110 45(1) 0,05(1) 8/6 • •
LTC1047 LT 4,8-16 60 0,2 0,2 0,01 0,01 0,0015(0,01) 4/1(кз) • Автокоррекция нуля
ALD1721 ALD 1, 2 2-12 120 0,7 0,7 35-50 0,00001 55(1) 0,0006(1) 1 (кз) • • КМОП, электрическое программирование Vos
TLC27M2 TI 3-16 105 0,525 0,43 185-1100 1,7 0,0006 32(1) 3,5/2 КМОП, входные резисторы
TLC27M4 TI 4 3-16 105 0,525 0,43 210-1100 1,7 0,0006 32(1) 3,5/2 КМОП, входные резисторы
LT6010 LT 1, 2, 4 2,7-36 135 0,33 0,09 10-30 0,2 0,02-0,15 14(1) 0,1(1) 4/8 x Входные резисторы 500 Ом
LT6013 LT 1, 2 2,7-36 145 1,4 0,2 10-30 0,2 0,1-0,15 9,5(1) 0,15(1) 4/8 x Малошумящий
LTC2054 LT 1, 2 2,7-6 135 0,5 0,5 0,5 0,02 0,001 1,8/3,5 x Автокоррекция нуля
LTC2054HV LT 1, 2 2,7-11 135 0,5 0,5 0,5 0,02 0,001 1,8/3,5 x Автокоррекция нуля
TS27M2 STM 3-16 150 0,6 250-1100 0,001 38(1) 1,2/1 КМОП
TS27M4 STM 4 3-16 150 0,6 250-1100 0,001 38(1) 1,2/1 КМОП
AD8641 AD 1, 2, 4 5-26 195 50 2,5 0,00025 28,5(1) 0,0005(1) 10 x ПТ-вход
TLE2021 TI 1, 2, 4 4-40 200 1,2 0,5 80-1100 25-45 17(1) 0,09(1) x
ALD2711 ALD 2-12 200 0,7 0,7 250-800 5-7 0,00001 1 (кз) • • КМОП
OP777 AD 1, 2, 4 2,7-30 220 0,7 0,2 20-30 0,3-0,4 15(1) 0,13(1) x БиКМОП
OPA234 TI 1, 2, 4 2,7-36 250 0,35 0,2 40 0,5 15 25(1) 0,08(1) 2/3
OPA334 TI 1, 2 2,7-5,5 300 1,6 0,02 0,06 50 (кз) • • КМОП, автокоррекция нуля
OPA335 TI 1, 2 2,7-5,5 300 1,6 0,02 0,06 50 (кз) • КМОП, автокоррекция нуля
LT1413 LT 5-30 330 0,95 0,3 50-80 0,3-0,4 24(0,01) 0,07(0,01) 10 x Входные резисторы 400 Ом
OPA1013 TI 4-36 330 0,6 0,35 90-250 0,4-0,7 10 28(0,01) 0,12(0,01) x
LT1366 LT 2, 4 1,8-36 340 0,4 0,13 150 10 29(1) 0,07(1) 10 • • Большая емкостная нагрузка
LT1368 LT 2, 4 1,8-36 340 0,16 0,065 150 10 29(1) 0,07(1) 10 • • Большая емкостная нагрузка
MAX4236 MAX 2,4-5,5 350 1,7 0,3 2-5,5 0,001 14(1) 30/6 • • GBP=1,7 МГц
MAX4237 MAX 2,4-5,5 350 7,5 1,3 2-5,5 0,001 14(1) 30/6 • • GBP=7,5 МГц
LT1112 LT 2, 4 2-40 350 0,75 0,3 20-25 0,15-0,2 0,07-0,1 16(0,01) 0,03(0,01) Согласованные ОУ
LT1013 LT 2, 4 4-44 350 0,8 0,4 60-250 0,4-0,5 25-120 24(0,01) 0,07(0,01) 25 x G>=120 дБ (IL=15 мА)
MXL1013 MAX 2, 4 4-36 350 0,4 60-90 0,4 12 24(0,01) 0,07(0,01) • G>=120 дБ (IL=15 мА)
LT1006 LT 4-44 350 0,6 0,4 20-80 0,3-0,7 9-10 23(0,01) 0,07(0,01) 20 • x Изменяемое энергопотребление
LT1097 LT 2,4-40 350 0,7 0,2 10 0,2 0,04-0,06 16(0,01) 0,03(0,01)
LT1218 LT 2-30 370 0,3 0,1 25 30 33(1) 0,09(1) 10/8 • • • Большая емкостная нагрузка
LT1219 LT 2-30 370 0,15 0,05 25 30 33(1) 0,09(1) 10/8 • • • Большая емкостная нагрузка
LT1012 LT 2,4-40 370 0,2 8-10 0,2 0,015 17(0,01) 0,02(0,01) 13 Малошумящий
LT1008 LT 4-44 380 0,2 30 0,2 0,03 17(0,01) 0,02(0,01) 9 Малошумящий
LT1024 LT 2 4-36 380 0,2 15-20 0,25-0,3 0,025-0,03 17(0,01) 0,02(0,01) 5 Сдвоенный согласованный, малошумящий
OP1177 AD 1, 2, 4 5-30 400 1,3 0,7 15 0,2 0,5 7,9(1) 0,2(1) 10 x Малошумящий
LT1492 LT 2, 4 2,5-36 425 4,5 1,8 100 50 17,3(0,01) 0,78(0,01) 10/8 • x
LMC6082 NS 2, 4 4,5-15 450 1,3 1,5 150 0,00001 22(1) 0,0002(1) 8 КМОП
AD8625 AD 1, 2, 4 5 630 5 5 50 2,5 0,00025 17,5(1) 0,0004(1) 20/15 • • x ПТ, GBP=5 МГц
Є~
тине быстродействующими являются ОУ М1С919, М1С921 от М1сге1, последний из которых имеет частоту единичного усиления 37 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 1500 В/мкс при токе потребления 300 мкА.
Стремление к уменьшению габаритов аппаратуры привело к появлению комбинированных аналоговых схем, перечисленных в таблице 3, в которых операционные усили-
тели дополнены другими элементами. Например, микросхемы МАХ4174 и МАХ4274 содержат встроенные прецизионные резисторы обратной связи и выпускаются в 54 стандартных вариантах, обеспечивающих коэффициент усиления от 0,4 до 100 в инвертирующем включении и от 1,25 до 101 в неинвертирующем включении с погрешностью не хуже 0,1%. МАХ4175, МАХ4275 дополнительно к резис-
торам обратной связи содержат делитель напряжения питания на 2, подключенный к неинвертирующему входу. Все ОУ имеют встроенную защиту входов от повышенного напряжения до ±17 В.
МАХ4037 и МАХ4039 содержат один и два операционных усилителя и источник опорного напряжения 1,232 В±0,5% с температурным коэффициентом напряжения не хуже 120 ррт/°С.
Компоненты и технологии, № 5'2005
Таблица 3
Прибор Изготовитель Количество ОУ в корпусе Напряжение питания, В Ток потребления (тип.), мкА Частота единичного усиления (тип.), МГц п. и £ «Ъ § в ё 2*3 w § & а н Напряжение смещения (тип.), мкВ Входной ток (тип.), нА Спектральная плотность шумов по напряжению (f, кГц), нВ/ЛГц Спектральная плотность шумов тока (f, кГц), пА/ЛГц - ^ 1 Hs.s і 2? ЦІ !“t= £O — S в Rail-to-Rail * і s I е о рне ' 1 = і £ і 5 Отключение Переворот фазы Описание
LT1635 LT 1+ИОН 1,2-10 130 0,175 0,045 0,3 50(1) 0,05(1) 15 Микромощный ОУ + ИОН 0,2 В
MAX951 MAX 1+К+ИОН 2-7 7 0,02 0,0125 0,003 80(1) 0,2/0,3 Сверхмикромощный ОУ + компаратор + ИОН 1,2 В
MAX952 0,125 0,066
MAX953 1+К 0,02 0,0125 Сверхмикромощный ОУ + компаратор
MAX954 0,125 0,066
MAX4037 MAX 1+ИОН 1,8-3,6 0,004 0,0004 0,2 0,001 500(1) 6/15 x ИОН 1,2 В
MAX4039 2+ИОН
MAX4074 MAX 2,5-5,5 37 0,2 0,1 0,2 0,0008 150(5) 0,5(5) 4,5/20(кз) Фиксированное усиление, защита входов от перенапряжений
MAX4075
MAX4174 MAX 2,5-5,5 330 0,7 0,5 0,05 90(10) 0,004(10) 65/10(кз) x Фиксированное усиление
MAX4175 355 Фиксированное усиление, фиксированное смещение
MAX4274 330 Фиксированное усиление
MAX4275 355 Фиксированное усиление, фиксированное смещение
MAX9000 MAX 1+К+ИОН 2,5-5,5 450 1,25 0,85 0,5 0,05 36(10) 0,0001(10) 20/8 • • x ОУ + компаратор + ИОН
MAX9001 •
MAX9002 1+К 375 ОУ + компаратор
MAX9003 1+К+ИОН 450 8 ОУ + компаратор + ИОН
MAX9004 •
MAX9005 1+К 375 ОУ + компаратор
LM10 NS 1+ИОН 1,2-36 280 0,3-0,5 10-12 • ОУ + регулируемый ИОН
LM611 NS 1+ИОН 4-36 220 0,8 0,7 1,5 10 74(0,1) 0,058(0,1) 12 • x ОУ + регулируемый ИОН 1,2 -6,3 В
LM613 2+2К+ИОН 450 Два ОУ + два компаратора + регулируемый ИОН 1,2 -6,3 В
LM614 4+ИОН 450 Четыре ОУ + регулируемый ИОН 1,2 -5 В
TL103 TI 2+ИОН 3-32 280 0,9 0,4 0,5-1 2 50(1) 12/40 • 2ОУ + ИОН 2,5 В, подключенный к одному ОУ
TLV2302 TI 1+К 2,5-16 2,8 0,0055 0,0025 0,39 0,1 500(0,1) 8(0,1) 0,1/0,15 • • • • Компараторы с открытым стоком, переполюсовка питания до 18 В
TLV2304 2+2К 5,6
TLV2702 TI 1+К 2,5-16 2,8 0,0055 0,0025 0,39 0,1 500(0,1) 8(0,1) 0,1/0,15 • • • • Компараторы с двухтактным выходом, переполюсовка питания до 16 В
TLV2704 2+2К 5,6
Є~
Источник опорного напряжения буферизирован и обеспечивает вытекающий ток 100 мкА и втекающий ток 20 мкА.
Многие модели ОУ имеют специальный вывод выключения. Усилитель активируется подачей сигнала на этот вывод. При снятии сигнала ток, потребляемый усилителем, многократно уменьшается, а выход усилителя переходит в высокоомное состояние.
Например, ток утечки для LT17841IS6 в режиме выключения не превышает 1 мкА при типовом значении потребляемого тока 500 мкА.
Эту функцию можно использовать как для экономии энергии, так и для мультиплексирования сигналов переменного тока. LMV422 от National Semiconductor имеет режим пониженного энергопотребления, в котором усилитель продолжает выполнять свои функции с уменьшением потребляемого тока с 400 до 2 мкА, естественно с ухудшением быстродействия.
Миниатюризации аппаратуры способствует миниатюризация корпусов интегральных схем. Распространенные миниатюрные корпуса — это SC70 для одиночных ОУ и MSOP,
TSSOP — для сдвоенных и счетверенных.
Представленные материалы помогут в выборе группы ОУ, наиболее подходящих для выполнения конкретной задачи. Оптимизировать выбор можно только изучив подробные справочные данные на выбранные изделия. МШ
