ADI公司雙極性四通道運算放大器OP4177及其應用(圖)

OP4177是ADI公司工業(yè)標準OP07系列運放的第四代產(chǎn)品，是新推出的一款具有低輸入偏置電流、低輸出失調(diào)電壓、低溫漂、低噪聲、高精度的高性能四通道運算放大器，這些性能使其在微弱信號的放大和濾波等許多電路上具有廣泛的應用。OP4177可采用±2.5～ ±15V雙電源供電，±2.5V的低供電電壓使其由電池供電即可正常穩(wěn)定的工作，也就為其應用于便攜式儀器提供了便利條件。然而，OP4177為雙極性運放，在便攜式儀器中需要兩套電池系統(tǒng)供電，這樣就增加了系統(tǒng)的復雜性、成本和不穩(wěn)定因素?；谝陨蠁栴}，筆者利用開關(guān)電容變換電壓轉(zhuǎn)換器MAX1681設計了一個簡單的電壓轉(zhuǎn)換電路。在由原來電池得到的正極性電壓的基礎(chǔ)上，通過開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)DC/DC變換，得到負極性電壓，僅用一個芯片就實現(xiàn)了由一套電池輸出正負雙極性電壓的目的。

OP4177概述

OP4177具有低輸入偏置電流，最大僅為2nA；具有低輸出失調(diào)電壓，最大僅為60μV；還具有很低的噪聲，一般為8nA/√Hz。它在高精度、低噪聲的基礎(chǔ)上完美的融合了低輸入偏置電流和低輸出失調(diào)電壓技術(shù)，即使在高達125℃的惡劣環(huán)境下，仍具有相當穩(wěn)定可靠的性能。ADI獨有的加工技術(shù)和線性設計工藝，使得OP4177在集成到很小的14-Lead TSSOP封裝的同時，仍然具有OP07和OP77等無法比擬的低帶寬噪聲、寬的輸入輸出動態(tài)范圍和無相位倒置等諸多優(yōu)點。內(nèi)部輸入過壓保護使得芯片工作更加穩(wěn)定可靠。OP4177的引腳配置如圖1所示，它與絕大多數(shù)的四通道運放引腳配置相同，具有很好的兼容性。


OP4177的應用及電源解決方案

OP4177用于高精度濾波器

OP4177以其體積小、功耗小、工作電壓小、供電電流小等諸多優(yōu)點可以應用于許多由電池供電的便攜式儀器儀表中。尤其是很低的偏置電壓和很高的共模抑制比使得OP4177在諸如KRC等高精度濾波器中有著良好的應用。例如，在圖2中，利用OP4177這種優(yōu)良性能搭建的帶通濾波電路具有獨立協(xié)調(diào)增益與截止頻率的能力。因為在KRC濾波電路中，進入放大器的共模電壓隨著輸入信號變化，這就需要一個高的共模抑制比來減小失真。而且，當電路增益需要截止在很高頻率時，OP4177極小的偏置電壓使得電路具有很寬的動態(tài)范圍。



然而要將上述高精度濾波電路等用在便攜式儀器中，必須要解決電源供電的問題。由于便攜式儀器中電源不能夠由市電經(jīng)過變壓穩(wěn)壓得到，電池供電是主要的供電方法。由于電池供電的供電電壓和電流都不大，所以在電池供電的系統(tǒng)中器件的工作電壓和電流都要非常低。OP4177工作電壓最低可達到 ±2.5V，在30V供電時每通道的電源供電電流僅為500μA，所以可以很好的應用在電池供電的便攜式儀器中。

OP4177在具有很多優(yōu)于單極性運放的性能特點，但是復雜的雙電源供電也是雙極性運放必須解決的問題。在供電系統(tǒng)中就至少需要兩套電池，這不僅增加了系統(tǒng)的復雜性，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運作，也為系統(tǒng)的維護帶來了麻煩?；诖?，利用OP4177僅需要極低電源供電電流的特性，結(jié)合開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器MAX1681，筆者設計了一種簡單的基于OP4177的雙極性電源解決方案。



MAX1681概述

MAX1681是MAXIM公司推出的一款輸出電流達125mA的可變頻電容變換電壓轉(zhuǎn)換器。它可以利用電容將3～5.5V的電壓變?yōu)?5.5～-3V，并在實現(xiàn)正到負電壓變化的同時可提供高達125mA的電流，具有較大的電流驅(qū)動能力。MAX1681實現(xiàn)電荷泵功能的電容可以使用僅為1μF的瓷片電容，其引腳配置如圖3所示，具體的引腳描述參見表1。



硬件電路設計

根據(jù)OP4177的工作需要，筆者設計了圖4所示電路，用簡單經(jīng)濟的元器件解決了OP4177的雙極性供電問題。

圖4中由J1接入的電池電壓經(jīng)過低壓降穩(wěn)壓塊MAX603穩(wěn)壓后，輸入到MAX1681電壓輸入端，MAX1681實現(xiàn)電壓極性變換后由輸出端得到負電壓。其中，電容C1和C2為10μF，用于穩(wěn)壓時濾除干擾，電容C5是實現(xiàn)電荷泵功能的1μF瓷片電容，發(fā)光二極管VD2指示穩(wěn)壓塊7805工作正常與否，二極管VD1和電阻R1對發(fā)光管起限流保護作用。FSEL接地，將MAX1681選擇為1MHz的工作頻率。LV與SHDN接地確保MAX1681正常工作。這樣僅用4節(jié)1.5V的電池串連即可從低壓降穩(wěn)壓塊MAX603的輸出端得到OP4177工作所需的正電源電壓，從MAX1681的輸出端得到OP4177工作所需的負電源電壓。由于OP4177工作時所需要的電源供給電流非常小，所以由MAX1681提供的125mA電流可以支持很多的OP4177正常工作。這樣，就可以由OP4177組成放大電路、濾波電路、鎖相檢測電路等諸多有用的微弱信號測控運算電路。