模擬電路設計中使用運算放大器的引腳匯總

2020-12-19 電子工程專輯

任何在其模擬電路設計中使用現代單通道運算放大器的人都熟悉 5 個有源器件引腳：2 個輸入、2 個電源引腳和 1 個輸出。這 5 個引腳適用於眾多使用運算放大器的應用。


接下來的一類器件具有第六工作引腳功能。大多數情況下該附加引腳可發揮關斷作用，或者整好相反，可作為器件的啟用引腳。下圖顯示的是包含關斷功能的 OPA320S。


那麼，這個關斷／啟用引腳具體應該做什麼呢？



通常，關斷引腳的目的是關斷放大器功能並降低其功耗。在運算放大器關斷時，它就進入非工作模式，在該模式下靜態電流 (Iq) 可降低很多個數量級。


以上所示 OPA320S CMOS 運算放大器支持 1.5mA 典型 Iq，採用 3.3V 電源供電。其工作狀態下的功耗為 4.95mW。然而在關斷模式下，典型 Iq 降低至 0.1uA，而功耗則降至 330nW，功耗降低比為 15,000:1。


關斷／啟用引腳可在兩個模式間實現輕鬆切換，我們只需在目標模式所需的引腳上提供正確的電壓等級即可。圖中給出了使用單個 Vs+ 電源時 OPA320S 的關斷／啟用電壓等級。


用戶所遇到的關斷功能麻煩是假定該放大器除了降低功耗外還應該能做別的事。或許最常見的假設是放大器在輸入輸出上變成了高阻抗模塊，沒有內部傳導路徑。


另一個假設是放大器將不會對信號以及直接連接至其引腳的電路產生任何影響。這兩個假設中的一種或兩種有可能是對的，但如果產品說明書中沒有對放大器在關斷模式下的特定特性進行說明，那可能就不是這樣的！


運算放大器在關斷模式下的具體行為由電氣設計決定。


有些具有關斷功能的運算放大器，因其自身設計所決定，確實在電氣層面上幾乎從電路中消失。它們消耗極小的電源電流，輸入輸出表現為非常高的阻抗，而且對它們所應用的信號只有極少量能通過它們進行耦合。


「關閉」引腳對電路信號的影響很小。現代 CMOS 運算放大器通常就屬於這種情況。


有些運算放大器，尤其是基於雙極型設計的產品可能具有輸入保護二極體鉗位。在有大量信號應用於放大器輸出而它正處於關斷模式下時，該二極體鉗位會偏置為「導通」狀態。


在這種情況下，反饋電阻器和二極體可提供一條信號路徑，將信號從輸出端返回至連接到放大器非反相輸入端的任何電路。


例如，OPA211 就是一款具有關斷功能的高精度雙極型運算放大器，在輸入端提供有鉗位二極體保護功能。可能出現的輸出至輸入信號路徑可參見 OPA211 產品說明書的圖 45。


儘管在應用 dc 電平時，運算放大器在關斷期間可能幾乎會消失，但應用於引腳的 ac 信號則有可能耦合到意想不到的位置，或變得失真。


特別是在信號幅值和／或頻率增加時更是如此。每種型號的運算放大器都應該在應用電路中評估，以直接觀察其關斷模式表現。


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