低噪聲JFET輸入運(yùn)算放大器LT1793：性能與應(yīng)用解析

在電子工程師的設(shè)計(jì)工作中，運(yùn)算放大器的性能直接影響著整個(gè)電路系統(tǒng)的表現(xiàn)。今天要給大家介紹的是Linear Technology Corporation推出的一款低噪聲、皮安級(jí)偏置電流的JFET輸入運(yùn)算放大器——LT1793，它在高阻抗傳感器應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

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卓越特性，樹(shù)立新標(biāo)桿

低噪聲性能

LT1793在JFET運(yùn)算放大器的噪聲性能方面達(dá)到了新的卓越標(biāo)準(zhǔn)。它首次同時(shí)提供低電壓噪聲（6nV/√Hz）和極低的電流噪聲（0.8fA/√Hz），為高阻抗傳感器應(yīng)用提供了最低的總噪聲。在高阻抗傳感器應(yīng)用中，總輸出噪聲是增益乘以運(yùn)算放大器輸入?yún)⒖茧妷涸肼?、傳感器熱噪聲以及運(yùn)算放大器輸入偏置電流噪聲乘以傳感器阻抗的均方根之和。當(dāng)源電阻較低（<5kΩ）時(shí)，運(yùn)算放大器的電壓噪聲將主導(dǎo)總噪聲，此時(shí)LT1793優(yōu)于大多數(shù)JFET運(yùn)算放大器；當(dāng)源電阻從5kΩ增加到50kΩ時(shí)，傳感器的熱噪聲開(kāi)始主導(dǎo)總噪聲，LT1793的噪聲性能可與最佳的雙極型運(yùn)算放大器相匹配；而當(dāng)源電阻進(jìn)一步增加（>50kΩ）時(shí)，運(yùn)算放大器的電流噪聲分量將最終主導(dǎo)總噪聲，由于FET輸入運(yùn)算放大器固有的低電流噪聲，LT1793將優(yōu)于最低噪聲的雙極型運(yùn)算放大器。

低輸入偏置電流與高輸入電阻

與大多數(shù)JFET運(yùn)算放大器不同，LT1793在整個(gè)共模范圍內(nèi)保持極低的輸入偏置電流（典型值為3pA），這使得它具有極高的輸入電阻（ (10^{13} Omega) ）。同時(shí)，其極低的輸入電容（1.5pF）與高輸入電阻相結(jié)合，產(chǎn)生了極高的輸入阻抗，使其成為放大高阻抗傳感器低電平信號(hào)的首選。而且，低輸入電容在緩沖高阻抗傳感器的交流信號(hào)時(shí)，還能確保高增益線(xiàn)性度。

其他關(guān)鍵特性

• 增益帶寬積：典型值為4.2MHz，在±5V電源下有保證的規(guī)格。
• 無(wú)條件穩(wěn)定性：對(duì)于增益為1或更高的情況，即使帶有1000pF的容性負(fù)載，LT1793也能無(wú)條件穩(wěn)定。
• 高電壓增益：最小為100萬(wàn)，部分情況下甚至超過(guò)400萬(wàn)。
• 低失調(diào)電壓：最大為1mV，在不同溫度和電源條件下也有較好的表現(xiàn)。

豐富應(yīng)用，滿(mǎn)足多樣需求

傳感器信號(hào)放大

• 光電流放大器：LT1793的低噪聲和高輸入阻抗特性使其非常適合用于光電流放大。在光傳感器應(yīng)用中，它能夠準(zhǔn)確地放大微弱的光電流信號(hào)，為后續(xù)的信號(hào)處理提供可靠的輸入。
• 水聽(tīng)器放大器：水聽(tīng)器通常具有高阻抗特性，LT1793的低噪聲和高輸入阻抗能夠有效地放大水聽(tīng)器輸出的微弱信號(hào)，提高信號(hào)的質(zhì)量和可檢測(cè)性。
• 高靈敏度壓電加速度計(jì)：壓電加速度計(jì)輸出的信號(hào)通常很微弱，且具有高阻抗。LT1793能夠很好地匹配其特性，放大加速度計(jì)輸出的信號(hào)，為振動(dòng)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

儀器放大器前端

• 低電壓和電流噪聲儀器放大器前端：在儀器儀表應(yīng)用中，對(duì)噪聲的要求非常嚴(yán)格。LT1793的低噪聲特性使其成為低電壓和電流噪聲儀器放大器前端的理想選擇，能夠提高儀器的測(cè)量精度和分辨率。
• 二運(yùn)放和三運(yùn)放儀器放大器：在二運(yùn)放和三運(yùn)放儀器放大器電路中，LT1793可以作為關(guān)鍵的放大元件，提供穩(wěn)定的增益和低噪聲性能，確保整個(gè)放大器系統(tǒng)的性能。

有源濾波器

LT1793的高增益帶寬積和穩(wěn)定性使其適合用于有源濾波器設(shè)計(jì)。在濾波器電路中，它能夠提供所需的增益和頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率信號(hào)的濾波處理。

電氣特性，適應(yīng)不同環(huán)境

不同溫度和電源條件下的性能

文檔中詳細(xì)給出了LT1793在不同溫度（ (T{A}=25^{circ} C) 、 (0^{circ} C ≤T{A} ≤70^{circ} C) 、 (-40^{circ} C ≤T{A} ≤85^{circ} C) ）和電源（ (V{S}= pm 15 ~V) 、 (V_{S}= pm 5 ~V) ）條件下的電氣特性參數(shù)。例如，在輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、共模抑制比、電源抑制比等方面，都有明確的數(shù)值范圍。這為工程師在不同的應(yīng)用環(huán)境中選擇合適的工作條件提供了依據(jù)。

典型性能曲線(xiàn)

文檔中還給出了一系列典型性能曲線(xiàn)，如1kHz輸入噪聲電壓分布、電壓噪聲與頻率的關(guān)系、共模抑制比與頻率的關(guān)系等。這些曲線(xiàn)直觀地展示了LT1793在不同頻率和工作條件下的性能表現(xiàn)，幫助工程師更好地理解和應(yīng)用該器件。

應(yīng)用優(yōu)化，提升系統(tǒng)性能

與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品對(duì)比

通過(guò)與OP215、AD822等競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的對(duì)比，我們可以看到LT1793在輸入偏置電流與共模范圍的關(guān)系方面表現(xiàn)出色。在整個(gè)共模范圍內(nèi)，LT1793的輸入偏置電流幾乎保持不變，電流噪聲也不會(huì)下降，這使得它在緩沖高阻抗傳感器信號(hào)的應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

電荷放大器優(yōu)化

在電荷放大器應(yīng)用中，LT1793的高輸入阻抗JFET前端使其非常適合。在反相模式下，增益取決于電荷守恒原理，通過(guò)合理選擇反饋電容 (C{F}) 和傳感器電容 (C{S}) ，可以實(shí)現(xiàn)所需的增益。在同相模式下，傳感器電流通過(guò)傳感器電容轉(zhuǎn)換為電壓變化，然后由LT1793進(jìn)行緩沖。為了平衡直流失調(diào)，需要添加電阻 (R{B}) ，其最佳值由熱噪聲和電流噪聲的平衡來(lái)確定。同時(shí)，并聯(lián)電容 (C{B}) 用于消除運(yùn)算放大器輸入電容和 (R_{B}) 引起的相移。

降低電源操作

LT1793設(shè)計(jì)用于消除相位反轉(zhuǎn)，在±5V電源下，即使輸入信號(hào)超過(guò)共模范圍，其輸出也能干凈地限幅并恢復(fù)，不會(huì)發(fā)生相位反轉(zhuǎn)。這一特性有助于防止伺服系統(tǒng)鎖定，并最小化失真分量。

封裝與訂購(gòu)信息

文檔提供了LT1793的兩種封裝形式：N8封裝（8引腳PDIP）和S8封裝（8引腳塑料小外形），并給出了詳細(xì)的尺寸信息。同時(shí)，還列出了不同封裝和型號(hào)的訂購(gòu)信息，方便工程師根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇。

典型應(yīng)用電路

10Hz四階切比雪夫低通濾波器

該濾波器采用LT1793設(shè)計(jì)，具有0.01dB的紋波。在輸入信號(hào)為 (V{IN }=10 V{P-P}) 時(shí)，輸出在 (f>330 Hz) 時(shí)為 -121dB，在 (f=16.3 Hz) 時(shí)為 -6dB。通過(guò)合理選擇電阻和電容值，可以實(shí)現(xiàn)所需的濾波特性，同時(shí)較低的電阻值會(huì)導(dǎo)致較低的熱噪聲和較大的電容。

帶直流伺服的加速度計(jì)放大器

該放大器使用LT1793對(duì)加速度計(jì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。通過(guò)合理設(shè)計(jì)電路參數(shù)，如電阻和電容值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度計(jì)信號(hào)的準(zhǔn)確放大和處理。輸出信號(hào)為0.8mV/pC（皮庫(kù)侖），相當(dāng)于8.0mV/g（地球重力常數(shù)），直流輸出 ≤ 1.9mV，在1kHz時(shí)輸出噪聲為8nV/√Hz。

相關(guān)產(chǎn)品推薦

文檔還列出了與LT1793相關(guān)的其他產(chǎn)品，如LT1113、LT1169、LT1467和LT1792等。這些產(chǎn)品在噪聲性能、封裝形式和功能上各有特點(diǎn)，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總之，LT1793以其卓越的噪聲性能、高輸入阻抗和豐富的應(yīng)用特性，為電子工程師在高阻抗傳感器信號(hào)放大和處理等領(lǐng)域提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體的需求和工作條件，合理選擇和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮LT1793的優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。