OP113/OP213/OP413：低噪聲、低漂移單電源運算放大器的卓越之選

在電子設計領域，運算放大器是極為關鍵的基礎元件，其性能優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的OP113/OP213/OP413系列低噪聲、低漂移單電源運算放大器，它在眾多應用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：OP113.pdf

一、核心特性

供電靈活性

該系列放大器支持單電源或雙電源供電，單電源供電范圍為4V至36V，這使得它能適應不同的電源配置，滿足多樣化的設計需求。在實際應用中，很多系統(tǒng)采用單電源供電，如常見的5V或12V電源，OPx13系列能在這些電源條件下穩(wěn)定工作，為設計帶來了極大的便利。

低噪聲與低漂移

噪聲和漂移是衡量運算放大器性能的重要指標。OPx13系列在這兩方面表現(xiàn)出色，典型噪聲密度僅為4.7 nV/√Hz @ 1 kHz，極低的噪聲有助于提高信號的分辨率和精度。同時，其漂移非常低，僅為0.2 μV/°C，這意味著在不同的溫度環(huán)境下，放大器的性能依然穩(wěn)定，減少了因溫度變化帶來的誤差。

寬帶寬與高增益

具有3.4 MHz的寬帶寬，能夠處理高頻信號，適用于對信號帶寬要求較高的應用。并且它是單位增益穩(wěn)定的，增益帶寬積典型值為3.4 MHz，壓擺率超過1 V/μs，能夠快速響應輸入信號的變化。

輸入輸出特性良好

輸入失調電壓低至100 μV，輸入共模范圍在整個電源范圍內包括負電源，且接近正電源1V以內。輸出電壓擺幅也能覆蓋負電源，接近正電源軌1V以內，輸出能夠在其范圍內吸收和提供電流，在600 Ω負載下有明確的性能指標。

二、應用領域

測量與檢測

在數(shù)字秤和應變計應用中，OPx13系列的低噪聲和低漂移特性能夠顯著提高測量的精度和穩(wěn)定性。它可以作為傳感器信號的放大器，將微弱的傳感器信號進行放大，同時減少噪聲和漂移對測量結果的影響。

多媒體設備

在多媒體系統(tǒng)中，如音頻處理、耳機放大器、麥克風放大器等，低噪聲是保證音質的關鍵。OPx13系列能夠為這些設備提供低噪聲的放大功能，確保音頻信號的高質量傳輸和處理。

電池供電儀器

對于電池供電的儀器，需要放大器具有低功耗和良好的性能。OPx13系列在單電源供電下能夠保持低噪聲和高精度性能，有效延長電池的使用壽命，同時滿足儀器對測量精度的要求。

溫度傳感器放大器

在溫度測量領域，能夠精確地放大溫度傳感器的輸出信號，其低漂移特性可以減少因溫度變化引起的測量誤差，提高溫度測量的準確性。

三、電氣特性詳解

不同電源條件下的參數(shù)

文檔中詳細給出了在(V{S}= pm 15.0 V)和(V{S}=5.0 V)兩種電源條件下的電氣特性參數(shù)。例如，在(V{S}= pm 15.0 V)、(T{A}=25^{circ} C)時，輸入失調電壓(V{os})的典型值為75 μV至225 μV，共模抑制比在(-15Vleq V{CM}leq +14V)時可達100 dB至116 dB。在(V{S}=5.0 V)、(T{A}=25^{circ} C)時，不同型號的輸入失調電壓也有明確的范圍，如OP113在(-40^{circ} C leq T_{A} leq +85^{circ} C)時為125 μV至250 μV。

音頻性能

音頻性能方面，總諧波失真加噪聲（THD + Noise）在(V{IN}=3V{rms})、(R_{L}=2kOmega)、(f = 1 kHz)時典型值為0.0009%，電壓噪聲密度在不同頻率下也有相應的指標，如(f = 10 Hz)時為9 nV/√Hz，(f = 1 kHz)時為4.7 nV/√Hz。

動態(tài)性能

動態(tài)性能上，壓擺率在(R_{L}=2kOmega)時為0.6 V/μs至1.2 V/μs，增益帶寬積為3.4 MHz至3.5 MHz，建立時間根據(jù)不同的條件有相應的數(shù)值。

四、引腳配置與封裝

OP113采用8引腳窄體SOIC_N封裝，OP213有8引腳窄體SOIC_N和8引腳PDIP兩種封裝形式，OP413則采用16引腳寬體SOIC_W封裝。不同的封裝形式適用于不同的應用場景和安裝需求，工程師可以根據(jù)實際情況進行選擇。

五、典型應用電路

高精度工業(yè)稱重傳感器放大器

利用OPx13系列可以構建高精度的工業(yè)稱重傳感器放大器。其低噪聲特性能夠提高信號分辨率，允許稱重傳感器在較小的輸出范圍內工作，從而減少非線性誤差。通過合理配置電阻，可以實現(xiàn)對共模信號的有效抑制。

低電壓單電源應變計放大器

在單電源5V供電的情況下，OPx13系列能夠準確地放大應變計電橋的信號。配合其他元件，如OP295放大器，可以產生穩(wěn)定的電橋電壓，提高電橋輸出信號的幅度，同時不增加電橋輸入的功耗。

高精度線性化RTD溫度計放大器

對于電阻溫度傳感器（RTD）的放大，通過特定的電路設計，如將電橋的左右兩側分別伺服到虛擬地電壓和0V，可以消除放大器因共模電壓變化產生的誤差。利用正反饋將輸出電壓的一部分反饋到RTD，可以實現(xiàn)RTD的線性化，使放大器輸出與RTD溫度呈線性關系。

高精度熱電偶放大器

在熱電偶測量中，OPx13系列的低噪聲特性使得溫度測量分辨率能夠達到優(yōu)于0.02°C，在0°C至1000°C的范圍內實現(xiàn)高精度測量。通過使用廉價的硅二極管進行冷端補償，可以有效校正冷端誤差。

超低噪聲單電源儀表放大器

使用OPx13系列可以構建超低噪聲的單電源儀表放大器。選用高精度、低漂移的電阻可以提高共模抑制比，使放大器在單電源供電下依然能夠保持良好的性能。

電源分路器電路

OPx13系列可作為理想的偽地參考發(fā)生器，其良好的頻率響應特性使其能夠作為電壓跟隨器緩沖器。通過驅動大電容作為電荷存儲庫，可以減少瞬態(tài)負載變化的影響，同時在高頻下提供低阻抗輸出。

低噪聲電壓基準

作為兩極有源濾波器，OPx13系列可以對2.5V參考電壓的噪聲進行帶限處理，總噪聲僅為3 μV p-p，為系統(tǒng)提供低噪聲的電壓基準。

5V僅立體聲DAC多媒體應用

在多媒體系統(tǒng)的立體聲DAC音頻再現(xiàn)或聲音合成應用中，OPx13系列的低噪聲和單電源供電能力能夠很好地滿足需求。它可以保持AD1868等DAC的18位動態(tài)范圍，為用戶提供高質量的音頻體驗。

低電壓耳機放大器

對于AD1849等16位立體聲編解碼器設備的耳機輸出放大器，OPx13系列可以利用其內部產生的共模電壓作為偽參考電壓，為耳機輸出放大器提供方便的偏置。

低噪聲多媒體麥克風放大器

作為低噪聲麥克風前置放大器，OPx13系列適用于低電壓音頻應用。在AD1849 16位立體聲編解碼器芯片的應用中，其共模輸出緩沖器可以作為麥克風的幻象電源驅動器。

精密電壓比較器

由于其PNP輸入和0V共模能力，OPx13系列可以作為有用的電壓比較器。與標準的IC比較器相比，雖然速度略有損失，但在電壓精度方面具有顯著優(yōu)勢，如失調電壓(V_{os})可以低至幾百微伏甚至更小，共模抑制比和電源抑制比超過100 dB。

六、使用注意事項

相位反轉保護

只要兩個輸入都在電源范圍內，OPx13系列就可以防止相位反轉。但如果輸入有可能低于負電源（單電源情況下為地），則應使用串聯(lián)電阻來限制輸入電流至2 mA，以保護放大器。

OP113失調調整

OP113具有外部失調調整功能，通過使用行業(yè)標準的配置，將1引腳和5引腳與總電阻為10 kΩ的電位器配合使用，電位器的滑動端連接到V?（單電源應用中為地）。使用這種配置，總調整范圍約為±2 mV。但需要注意的是，將失調調整到0對失調漂移影響較?。僭O電位器的溫度系數(shù)小于1000 ppm/°C），而偏離0調整會導致每毫伏感應失調產生約3.3 μV/°C的溫度系數(shù)。因此，一般不建議使用這種調整來補償OP113外部產生的系統(tǒng)誤差。如果需要調整，將調整電位器減小到2 kΩ可以得到更合理的±400 μV調整范圍。

ESD防護

該系列產品是靜電放電（ESD）敏感設備，盡管具有專利或專有保護電路，但高能量ESD仍可能對器件造成損壞。因此，在使用過程中應采取適當?shù)腅SD防護措施，以避免性能下降或功能喪失。

OP113/OP213/OP413系列運算放大器憑借其低噪聲、低漂移、寬帶寬等優(yōu)異特性，以及豐富的應用電路和靈活的供電方式，在眾多電子應用領域中具有廣闊的應用前景。工程師在設計過程中，應根據(jù)具體的應用需求和電路要求，合理選擇和使用該系列放大器，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，要注意使用過程中的各種注意事項，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實際應用中是否遇到過類似放大器的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。