放大器的最新消息：極低電壓，微功率放大器已誕生

便攜式醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀器，助聽器和安全監(jiān)控設(shè)備都是必須使用電池供電并持續(xù)運行很長時間的產(chǎn)品的例子。由于尺寸限制，可用功率在電源電壓和電流方面受到嚴(yán)格限制。

這些應(yīng)用的放大器必須在這些低電壓下工作，并且消耗的電流非常小。此外，它們的輸入和輸出信號范圍應(yīng)盡可能寬，以獲得足夠的動態(tài)范圍（滿量程信噪比）。最好的器件的輸出電壓可以從正電源擺動到地，輸入范圍甚至可以超過電源范圍。能夠同時達(dá)到兩個電源“軌”的放大器稱為軌到軌放大器。

要為這些應(yīng)用選擇放大器，首先要考慮所需的性能而不是制造工藝。低功耗產(chǎn)品有CMOS，雙極和JFET工藝可供選擇，但您不應(yīng)該對各自的性能范圍有所了解。

直到最近，CMOS低壓設(shè)計對于精度來說還不實用低壓運行。 CMOS工藝具有相對高的閾值電壓，范圍為1.8至2.1伏。由于大多數(shù)放大器設(shè)計需要至少兩個V TH s運行，即使在室溫下，最小電源電壓也> 3 V.

雙極設(shè)計，如CMOS，需要至少兩個晶體管下降;但是這些下降是V BE s，因此1.8伏的操作非常實用。 OP293 *雙通道運算放大器等放大器保證工作在2伏特，工作電壓低至1.7伏特。但是，必須注意確保在低溫下保持功能性，因為隨著溫度降低，V BE 增加（約-2mV /℃）。因此，在-25°C下工作將需要額外100 mV或更多的裕量超過最低室溫工作電壓。

目前，沒有JFET運算放大器同時具有軌到 - 鐵路投入和產(chǎn)出; AD820系列最接近其軌到軌輸出。 JFET運算放大器在要求低噪聲，低偏置電流或?qū)拵挼膽?yīng)用中非常有利。

微功率設(shè)計的局限性與標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，低電流放大器是在帶寬，輸出驅(qū)動和噪聲水平方面相對有限。每個參數(shù)的值取決于設(shè)計期間可用的技術(shù)。今天，微功率放大器可以實現(xiàn)10 kHz /μA的速度/功率比;這將在明年內(nèi)增加一倍以上。因此，可以構(gòu)建具有超過兆赫茲增益帶寬積的放大器，工作電源電流小于100 mA。 OP496就是今天可能的例子;它的GBP值大于300 kHz，而電源電流僅為45μA。

放大器寬帶噪聲取決于前端電流，晶體管尺寸和處理。由于它們的低功率和通常較小的幾何形狀，低功率設(shè)計通常在輸入?yún)⒖荚肼曋邢鄬^高。同樣，OP496系列具有26 nV /√ Hz ，展示了當(dāng)今技術(shù)的能力。

輸出驅(qū)動在很大程度上取決于驅(qū)動放大器輸出級的電流。與標(biāo)準(zhǔn)放大器不同，軌到軌設(shè)計不能使用達(dá)林頓或類似配置來提升電流。在這些設(shè)計中，與高電流相關(guān)的增加的電壓降是不可接受的，因此輸出驅(qū)動通常限于微安培;但是一些產(chǎn)品設(shè)計（例如OP293 *）可以輸出±8 mA，即使它只需要25μA的靜態(tài)電源電流。

額外的輸出要求是吸收能力以及來源，當(dāng)前。這將使輸出在兩個方向上以相同的速度轉(zhuǎn)換。如果輸出無法吸收電流，則需要添加下拉電阻。當(dāng)然，這會使用不必要的電流，并且無法使用這種放大器來節(jié)省功率。

確定低電壓下正常工作的極限：以下是三種方便的方法確定當(dāng)電壓降低時放大器是否真正工作：正弦波測試，偏移電壓測試和電源電流測試< / em>的。前兩個測試分別用于檢查交流和直流性能;第三種是通用測試。

正弦波測試是最簡單的測試。連接放大器以獲得1到2之間的增益，并提供在放大器共模范圍內(nèi)的輸入正弦波。要么在示波器上查看輸出波形，要么測量它是否失真。隨著電源電壓的降低，波形會明顯失真。在達(dá)到此點之前是最小工作電壓。

要執(zhí)行偏移與電源電壓測試，請將放大器連接到高增益配置并將輸入接地。應(yīng)設(shè)置增益，使輸出端的放大偏移約為1伏。從已知放大器正常工作的電源電壓開始，然后測量并記錄輸出（偏移）。減少電源并繼續(xù)記錄電源電壓和偏移。當(dāng)繪制這些值并且隨著電源進(jìn)一步減小時，通常會看到圖中的拐點，其中偏移迅速惡化，恰好低于最小電源電壓以便正常工作。

因為工作電壓是減少的內(nèi)部偏置電路開始關(guān)閉。乍一看，放大器仍然可以正常工作，但性能會大幅下降。此外，隨著電壓進(jìn)一步降低，額外的結(jié)構(gòu)可能會關(guān)閉。由于放大器的電源電流受這些變化的影響，因此它可以作為漸進(jìn)變化的代理，在性能的特定方面可能更難以觀察到。要確定這些點，請將電源電流與電源電壓進(jìn)行對比。曲線中可能有幾個彎曲，每個彎曲都表明會有進(jìn)一步的退化。

應(yīng)用程序

微功率電話耳機：可以使用帶有兩個2.5伏電源的OP296 *通過電池供電來操作耳機。選擇具有600Ω阻抗的耳機以保持低電流消耗。該電路可以在低至2伏的電壓下工作。如圖所示，失真低于1％至5 kHz。

脈沖監(jiān)測器：ECG監(jiān)護(hù)儀需要隔離以保護(hù)患者免受任何可能導(dǎo)致危險的故障電流流過身體。使用功率非常低的功率放大器，用作脈沖監(jiān)視器的心電圖放大器可以從很弱的電源供電，不能提供危險的電流水平。例如，這是一個可用于運動或其他監(jiān)控的電路（但不適用于生命支持系統(tǒng)）。

此電路有三個輸入 - 來自一組測量電極 - 一對感測輸入和參考返回輸入。

前端是標(biāo)準(zhǔn)的三放大器差分電路。第一階段的收益由RG設(shè)定。 50到150的收益很好。電阻值選擇稍高于通常值以降低電流消耗。輸出級的增益為10 V / V，應(yīng)設(shè)置為在400至1000 Hz下滾動，足夠快以通過ECG波形，但具有高頻率濾除噪聲。

由于高增益和低信號電平，電路需要仔細(xì)布局。所有引線應(yīng)保持短路，以減少感應(yīng)噪聲。兩個感應(yīng)輸入應(yīng)為雙絞線，由參考引線屏蔽。

此脈沖監(jiān)控電路設(shè)計用于兩個小型鋰電池供電，因此它可以長時間用于便攜式應(yīng)用，例如運動監(jiān)測。 OP493 *保證在低至2 V的電源下工作，總電源電流僅為100μA，確保電池壽命長。 （例如，鋰電池的額定電壓為3.6至4.2伏，但當(dāng)它們放電到標(biāo)稱電壓的一半時，它們?nèi)匀惶峁╇娏?。?/p>

比較器：放大器通常是用作比較器，因為具有各種規(guī)格的放大器的便利性和可用性。在精密比較器應(yīng)用中找到滿足一組給定標(biāo)準(zhǔn)的放大器通常更容易，特別是在低功耗必不可少的情況下。較新的放大器具有軌到軌輸入和輸出，是優(yōu)秀的比較器，不需要比簡單增益模塊更多的元件。

OP196 *采用非反相配置，可以設(shè)計一個具有軌到軌輸入范圍的精密比較器，電源電流僅為50μA。典型的下降沿和上升沿傳播延遲為12μs和20μs，可達(dá)到25 kHz的時鐘速率。當(dāng)R 1 =10kΩ且R（1）=1MΩ時，滯后電壓約為70 mV。當(dāng)R 1 接近0Ω時，滯后僅約為100μV。

* OP493和OP496四邊形代表OP193 / 293 / 493和OP196 / 296/496系列單打/雙打/四邊形。