Операционные усилители с низким энергопотреблением Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

операционные усилители

с низким энергопотреблением

Дмитрий Иванов, к. т. н.

[email protected]

в статье сравниваются достижения компаний National Semiconductor и Analog Devices в области производства операционных усилителей с ультра-низким потребляемым током.

введение

Эта статья продолжает серию публикаций, посвященных сравнению продукции ведущих мировых производителей аналоговых интегральных микросхем. В предыдущих публикациях были рассмотрены операционные усилители с самыми низкими входными токами [1] и лучшие операционные усилители класса Zero-Drift с очень низким температурным дрейфом напряжения смещения [2]. В данной статье речь пойдет об операционных усилителях, которые имеют очень низкий потребляемый ток — несколько микроампер на канал. Производители электронных компонентов обычно относят такие продукты к группе микропотребляющих (Micropower) [3] или малопотребляющих (Low Power) [4], но в последнее время в технической литературе все чаще стало встречаться слово «нанопотребляющий» (Nanopower), в том числе и применительно к операционным усилителям. Новый термин используется тогда, когда хотят подчеркнуть, что ток, потребляемый микросхемой от источника питания, меньше, чем 1 мкА.

Лучшие микропотребляющие операционные усилители компаний National Semiconductor и Analog Devices

Компании National Semiconductor и Analog Devices, продукция которых представлена в таблице 1, входят в группу мировых лидеров в области производства операционных усилителей. National Semiconductor — одна из старейших в мире фирм, занятых разработкой и производством аналоговых микросхем. В 2009 году она отметила свое 50-летие. Фирма Analog Devices, основанная 44 года назад, производит как аналоговые, так и цифровые микросхемы. Ее линейные интегральные микросхемы и сигнальные процессоры хорошо известны российским разработчикам электронной аппаратуры.

В таблицу 1 попали по 5 операционных усилителей, которые у каждого из производителей являются лучшими по интересующему нас параметру — собственному току

потребления в расчете на один усилитель. Судя по приведенным данным, наименьший потребляемый ток (400 нА при напряжении питания +5 В) имеет одноканальный усилитель LPV521 — новая микросхема компании National Semiconductor, выпущенная в августе 2009 года. Вторую позицию (900 нА) занимает более старая разработка National Semiconductor — усилитель LPV511, выпущенный в 2007 году. Совсем немного от него (1000 нА/канал) отстают микросхемы фирмы Analog Devices — AD8500, AD8502 и AD8504, имеющие, соответственно, 1, 2 и 4 канала.

Среди двух- и четырехканальных усилителей первое место с большим отрывом занимают микросхемы AD8502 и AD8504.

Сравнение параметров лучших микропотребляющих операционных усилителей National Semiconductor и Analog Devices (табл. 2) показывает, что усилитель LPV521 имеет не только самый низкий потребляемый ток, но и самое низкое допустимое напряжение питания. Кроме того, у LPV521 почти в 3 раза ниже температурный дрейф напряжения смещения, а входные токи в 10 раз ниже, чем у AD8500, а также значительно выше коэффициент усиления и коэффициент ослабления синфазного сигнала. Еще одним преимуществом LPV521 является то, что этот усилитель имеет нормированные коэффициенты подавления помех на частотах 400, 900, 1800 и 2400 МГц.

К достоинствам усилителя AD8500 следует отнести более широкую, чем у LPV521, полосу пропускания и, соответственно, более высокую скорость нарастания выходного сигнала, а также более низкий шум.

Оба усилителя имеют одинаковые значения максимального напряжения питания и напряжения смещения, один и тот же рабочий температурный диапазон и выпускаются в однотипных корпусах.

Заключение

Операционный усилитель — это микросхема с большим числом нормируемых параметров, среди которых потребляемый ток является, может быть, и не самым важным для многих приложений. В то же время есть

Таблица 1. Достижения компаний National Semiconductor и Analog Devices в области создания операционных усилителей с низким потребляемым током (напряжение питания микросхемы Vs = 5 В; синфазное входное напряжение VCM = Vs/2; температура окружающей среды ТА = 25 °C)

Наименование микросхемы Производитель Количество каналов Напряжение питания, В Потребляемый ток,мкА/канал

LPV521 Netional Semiconductor 1 1,6—5,5 0,4

LPV511 Netional Semiconductor 1 2,7-12 0,9

AD8500 Analog Devices 1 1,8-5,5 1

AD8502 Analog Devices 2 1,8-5,5 1

AD8504 Analog Devices 4 1,8-5,5 1

OP281 Analog Devices 2 2,7-12 5

OP481 Analog Devices 4 2,7-12 5

LPV324 Netional Semiconductor 2 2,7-5,0 7

LPV358 Netional Semiconductor 1 2,7-5,0 7,5

LPV321 Netional Semiconductor 4 2,7-5,0 9

Таблица 2. Параметры лучших микропотребляющих операционных усилителей (напряжение питания микросхемы Vs = 5 В, синфазное входное напряжение Vcм = Vs/2, температура окружающей среды Тд = 25 °С)

Параметр LPV521 AD8500

Потребляемый ток, мкА 0,4 1

Минимальное напряжение питания, В 1,6 1,8

Максимальное напряжение питания, В 5,5 5,5

Напряжение смещения, мВ ±1 ±1

Температурный дрейф напряжения смещения, мкВ/°С ±3,5 ±10

Входной ток, пА ±1 ±10

Шум в полосе частот от 0,1 до 10 Гц (РеаМо-Реак), мкВ 22 6

Полоса пропускания, МГц 6,2 7

Скорость нарастания выходного напряжения, В/мс 2,4 4

Коэффициент усиления, дБ 132 120

Коэффициент ослабления синфазного сигнала, дБ 102 90

Коэффициент ослабления электромагнитных помех (400 МГц), дБ 121 н/н

Коэффициент ослабления электромагнитных помех (900 МГц), дБ 121 н/н

Коэффициент ослабления электромагнитных помех (1800 МГц), дБ 124 н/н

Коэффициент ослабления электромагнитных помех (2400 МГц), дБ 142 н/н

Рабочий температурный диапазон, °С -40...+125 -40...+125

Тип корпуса SC-70 SC-70

Примечание:

н/н — параметр не нормируется производителем.

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 11 ’2009

области применения, для которых собственный ток потребления усилителя, а значит, и рассеиваемая усилителем мощность имеют очень большое значение. В первую очередь, это важно для всевозможных переносных электронных устройств с батарейным питанием или для аппаратуры, в которой есть резервный батарейный источник питания, используемый при отключении или аварии основного источника. К таким устройствам относятся мобильные телефоны, радиостанции, переносные измерительные (рисунок) и медицинские приборы, охранные системы, стационарные системы с беспроводными удаленными датчиками и многие другие изделия электроники. Именно для таких применений и создан усилитель LPV521,

Рисунок. Пример применения операционного усилителя LPV521 в переносном газоанализаторе

который на данный момент имеет самый низкий ток потребления в активном режи-

ме — 400 нА, что на 3 порядка меньше, чем у большинства современных операционных усилителей общего назначения. ■

Литература

1. Иванов Д. Как сделать «идеальный» операционный усилитель, или О том, как бывает полезно помнить закон Ома // Компоненты и технологии. 2008. № 6.

2. Иванов Д. Операционные усилители с «нулевым» температурным дрейфом // Компоненты и технологии. 2009. № 6.

3. http://www.national.com/analog/amplifiers

4. http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/operational-amplifiers-op-amps/ products/index.html

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 11 ’2009

www.kit-e.ru