ADI公司雙極性四通道運(yùn)算放大器OP4177及其應(yīng)用(圖)

OP4177是ADI公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OP07系列運(yùn)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(yùn)算放大器，這些性能使其在微弱信號(hào)的放大和濾波等許多電路上具有廣泛的應(yīng)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(yīng)用于便攜式儀器提供了便利條件。然而，OP4177為雙極性運(yùn)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(fù)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(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)DC/DC變換，得到負(fù)極性電壓，僅用一個(gè)芯片就實(shí)現(xiàn)了由一套電池輸出正負(fù)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(dá)125℃的惡劣環(huán)境下，仍具有相當(dāng)穩(wěn)定可靠的性能。ADI獨(dú)有的加工技術(shù)和線性設(shè)計(jì)工藝，使得OP4177在集成到很小的14-Lead TSSOP封裝的同時(shí)，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(dòng)態(tài)范圍和無相位倒置等諸多優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)部輸入過壓保護(hù)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(yùn)放引腳配置相同，具有很好的兼容性。


OP4177的應(yīng)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(diǎn)可以應(yīng)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(yīng)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(dú)立協(xié)調(diào)增益與截止頻率的能力。因?yàn)樵贙RC濾波電路中，進(jìn)入放大器的共模電壓隨著輸入信號(hào)變化，這就需要一個(gè)高的共模抑制比來減小失真。而且，當(dāng)電路增益需要截止在很高頻率時(shí)，OP4177極小的偏置電壓使得電路具有很寬的動(dòng)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(dá)到 ±2.5V，在30V供電時(shí)每通道的電源供電電流僅為500μA，所以可以很好的應(yīng)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(yùn)放的性能特點(diǎn)，但是復(fù)雜的雙電源供電也是雙極性運(yùn)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(fù)雜性，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作，也為系統(tǒng)的維護(hù)帶來了麻煩?；诖耍肙P4177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(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)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(dá)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(shí)現(xiàn)正到負(fù)電壓變化的同時(shí)可提供高達(dá)125mA的電流，具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力。MAX1681實(shí)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(shè)計(jì)

根據(jù)OP4177的工作需要，筆者設(shè)計(jì)了圖4所示電路，用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)電壓極性變換后由輸出端得到負(fù)電壓。其中，電容C1和C2為10μF，用于穩(wěn)壓時(shí)濾除干擾，電容C5是實(shí)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(duì)發(fā)光管起限流保護(hù)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(fù)電源電壓。由于OP4177工作時(shí)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(cè)電路等諸多有用的微弱信號(hào)測(cè)控運(yùn)算電路。