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OPA452、OPA453是80V,50mA运算放大器

日期:2020-10-29 标签:放大器运算放大器 类别: 阅读:4069 (来源:互联网)

特征

●供电范围广:

±10V至±40V

●高输出负载驱动:

50mA连续

●宽输出电压摆幅:1V至轨道

●完全保护:

—热关机

—输出电流限制

●工作温度范围广:

–40°C至+125°C

●包装选项:

—至220-7

—DDPACK-7表面安装

应用

●压电电池

●试验设备

●音频放大器

●传感器驱动器

●伺服驱动器

说明

OPA452OPA453是低成本运算放大器,具有高压(80V)和大电流能力(50mA)。OPA452是单位增益稳定的,增益带宽积为1.8MHz,而OPA453的增益大于5,带宽为7.5MHz。

OPA452和OPA453具有内部保护,可防止过热和电流过载。可使用范围为±10V至±40V的电源。与大多数其他电源运算放大器不同,OPA452和OPA453确保了整个电源范围内的规格。

这些激光微调,单片集成电路提供了优良的低电平精度与广泛的输出摇摆。特别的设计上的考虑保证了产品易于使用,并且不存在其他放大器中常见的相位反转问题。

OPA452和OPA453有TO220-7和DDPAK-7选项。它们适用于-40°C至+125°C的结温范围。

注:凸耳与V电源电连接。

典型特征

TJ=+25°C,VS=±40V,RL=3.8kΩ时,除非另有说明。

除非另有说明,否则所有温度均为结温。请参阅应用信息部分,根据特定配置的环境温度计算结温。

应用程序信息

图1显示了OPA452作为基本的非互易放大器连接。OPA452可用于几乎任何运算放大器配置。OPA453设计用于增益大于等于5的配置。电源端子应在电源插脚附近用0.1μF或更大的电容器绕过。确保电容器的额定值与所用电源电压相匹配。OPA452和OPA453可以提供高达50mA的输出电流,性能优异。

电流限制

OPA452和OPA453设计有内部限流电路,可将输出电流限制在约125mA。在典型的电流和电压的限制下,随着电流和温度的变化而略有变化。电流限制,结合热保护电路,提供保护,以防止大多数类型的过载情况,包括对地短路。

热防护

OPA452和OPA453具有热关机电路,可保护放大器免受过载情况造成的损坏。当结温达到约160°C时,热保护电路将禁用输出,使设备冷却。当结温冷却到大约140°C时,输出电路将自动重新启用。

热关机功能不是用来代替适当的散热。热关机电路的激活表明功耗过大或散热片不足。连续运行放大器进入热关机状态会降低可靠性。

可监控热关机指示灯(标志)引脚,以确定是否发生停机。在正常操作期间,标志引脚的电流输出通常为50nA。停机期间,标志引脚的电流输出增加到140μA(典型值)。这种电流输出允许与外部逻辑连接。图2显示了实现此功能的两个示例。

电源

可在总输出电压为45V至45V的条件下工作。在整个工作电压范围内,大多数特性保持不变。典型特性中显示了随工作电压显著变化的参数。

对于不需要对称输出电压摆幅的应用,电源电压不需要相等。OPA452和OPA453可以在电源之间的电压低至20V或电源之间的电压高达80V的情况下工作。例如,正极电源可以设置为70V,负极电源设置为–10V,反之亦然。

DDPAK-7和TO220封装的凸耳与负极电源(V-)电连接,但是,这些连接不应用于载流。为了获得最佳的热性能,标签应该直接焊接到电路板的铜区域(见散热部分)。

功率损耗

这些运算放大器的内部功耗可能相当大。OPA452和OPA453的所有规格可能会随结温而变化。如果装置不进行内部自加热,则结温将与环境温度相同。然而,在实际应用中,器件会自发热,结温会明显高于环境温度。可以进行以下计算,以确定结温是环境温度和应用条件的函数。

考虑OPA452的电路配置,其中负载为600Ω,输出电压为20V。电源为±40V,环境温度(TA)为40°C。封装+散热器的θJA为30°C/W。

首先,运算放大器的静态加热如下:

可计算输出电流(IO):

放大器输出晶体管中的功耗(PD)可计算为:

由此产生的结温可计算为:

式中,

VO=输出电压

VS=电源电压

IO=输出电流

RL=负载电阻

TJ=结温(°C)

TA=环境温度(°C)

θJA=接头对空气的热阻(°C/W)

要估计完整设计(包括散热器)的安全裕度,请提高环境温度,直到热保护激活。使用最坏情况下的负载和信号条件。为了获得良好的可靠性,热保护应触发高于应用的最大预期环境条件+35°C以上的温度。这可确保在最大预期环境条件下的最高结温为+125°C。

单个电源(或不平衡电源)的操作可以产生更大的功耗,因为可以在导电输出晶体管上施加更大的电压。

通过使用尽可能低的电源电压,可以将功耗降到最低。例如,在50mA负载下,输出将在电源轨的5.0V范围内摆动。将电源设置为不超过应用所需的最大输出电压摆幅5.0V,将使功耗最小化。

安全操作区

安全操作区(SOA曲线,图3)显示了电压和电流的允许范围。当输出晶体管上的电压(VS–VO)增加时,安全输出电流减小。要进一步了解SOA,请参阅应用程序报告SBOA022。

输出短路对SOA来说是一个非常苛刻的情况。对地短路迫使整个电源电压(V+或V-)穿过导电晶体管,并产生典型的125mA输出电流。对于±40V电源,这将产生10W的内部损耗。这远远超出了实际散热范围,因此不建议使用。如果无法避免在该区域进行操作,请使用带有散热器的部件。

散热

在OPA452或OPA453中消耗的功率将导致结温升高。为确保可靠运行,结温应限制在+125°C。许多应用将需要一个散热器,以确保不会超过最高工作结温度。所需的散热片取决于消耗的功率和环境条件。

为了散热,DDPAK的凸耳通常直接焊接到电路板的铜区。增加铜面积可以改善散热。图4显示了从接头到周围环境的典型热阻随铜面积的变化。

根据情况,可能需要额外的散热。Aavid热产品公司制造表面贴装式散热器,专门设计用于这些封装。

电容性负载

OPA452和OPA453的动态特性已经针对常见的增益、负载和操作条件进行了优化。低闭合环路增益和电容性负载的结合会降低相位裕度,并可能导致增益峰值或振荡。图5显示了一个在容性负载下保持相位裕度的电路。图6显示了图5中电路的小信号阶跃响应。

增加输出电流

在50mA输出电流不足以驱动所需负载的应用中,可通过并联连接两个或多个OPA452s或OPA453s来增加输出电流,如图7所示。实际上,任何放大器都可以配置在主放大器电路中。从放大器A2被配置为单位增益缓冲器。或者,可以使用外部输出晶体管来提高输出电流。图8中的电路能够提供高达1A的输出电流。或者,OPA547、OPA548和OPA549系列功率运算放大器应考虑用于高输出电流驱动,以及可编程电流限制和输出禁用功能。

输入保护

OPA452和OPA453具有内部箝位二极管,当遇到超过电源轨的电压时保护输入。但是,输入电流应限制在5mA。在某些情况下,可能需要外部串联电阻器。许多输入信号固有电流限制,因此,可能不需要限制电阻器。请考虑一个大的串联电阻,加上输入电容,会影响稳定性。

在低增益中使用OPA453

OPA453用于信号增益为5或更高的应用,但是可以在逆变配置中使用外部补偿技术在较低增益下利用其高转换率。这种技术保持了OPA453架构在低频下的低噪声特性。根据应用情况,可能会导致高频噪声的小幅度增加。这项技术形状的环路增益良好的稳定性,同时提供一个容易控制的二阶低通频率响应。

仅考虑图9电路的噪声增益(非反转信号增益),低频噪声增益(NG1)将由电阻比设置,而高频噪声增益(NG2)将由电容器比率设置。电容值设置了过渡频率和高频噪声增益。如果由NG2=1+CS/CF确定的噪声增益被设置为大于运算放大器的建议最小稳定增益的值,并且由1/RFCF设置的噪声增益极被正确放置,则会产生一个非常好控制的二阶低通频率响应。

要同时选择CS和CF的值,只需求解两个参数和三个方程。首先,高频噪声增益(NG2)的目标值应大于OPA453的最小稳定增益。在电路中在图9中,使用10的目标NG2。其次,图10中的信号增益–1将低频噪声增益设置为NG1=1+RF/RG(=本例中为2)。利用这两个增益,了解OPA453(7.5MHz)的增益带宽积(GBP),并以最大平坦的二阶低通巴特沃斯频率响应(Q=0.707)为目标,可以找到补偿中的关键频率。

对于图9中的值,f–3dB约为180kHz。这比简单地用英镑除以NG1所预测的要少。补偿网络将带宽控制在一个较低的值,同时在输出端提供良好的转换率,并且由于在NG1•Z0以下的频率下增加了环路增益,因此具有优异的失真性能。图10中的电容值是针对NG1=2和NG2=10计算的,无寄生调整。

实际电路值可以通过检查实际负载条件下的小信号阶跃响应来优化。该OPA453,G=-1电路在1000pF负载下的小信号阶跃响应见图9。它性能良好,没有振荡的趋势。如果去掉CS和CF,电路将不稳定。