极低偏置电流运算放大器AD549

极低偏置电流运算放大器AD5491概述AD549是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。

为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。

这种极低输入电流性能由ADI公司专有的topgate工艺技术完成。

该技术可以制造与具有极低输入电流的JFET并与双极性电路隔离的集成运放。

输入级具有1015Q的共模阻抗，其输入电流与共模电压无关。

AD549适用于低输入电流和低输入偏置电压的场合。

它特别适合用作各种电流输出的传感器，如光电二极管、光电倍增管以及氧气传感器等的前置放大器。

该产品也可用作精密积分器或低衰减采样保持器。

AD549的封装与标准FET和静电计运算放大器兼容，因此用户花少量成本即可对系统升级，提高已有系统的性能。

AD549有TO-99密封封装。

金属外壳与8管脚相连，使得金属外壳与同样电压的输入终端独立连接，达到降低外壳泄漏的目的。

AD549具有四种性能等级。

其中J、K和L型号的温度范围是0C到70C。

S型号专用于军事，其温度范围：-55 C到125 C。

AD549的输入电流在整个共模输入电压范围内都得到保证，其输入失调电压和漂移由激光分别调节到0.25mV和5卩V/ C (AD549K ) ; 1mV和20卩V/ C (AD549J )。

700卩A的最大静态电流使输入电流和偏置电压的热效应降到最低。

模拟性能包括1MHz的均匀增益带宽和3V/卩s的压摆率。

当输入为10V时，建立时间是5卩s到0.01%2 AD549的引脚及特性参数图一所示是AD549的引脚图，表一所示是其特性参数。

I ---V CM THIMhc悬空端图一AD549引脚图表一的主要特性T MAX处失调电流 2.2 1.3 0.85 125 PA输入失调电压失调0.5 1.0 0.15 0.25 0.3 0.5 0.3 0.5 mVT MAX处失调电压 1.9 0.4 0.9 2.0 mV受温度的影响10 20 2 5 5 10 10 15 卩V/C受电源的影响32 100 10 32 10 32 10 32 卩V/VT MIN〜T MAX受电源影响32 100 10 32 10 32 32 50 卩V/V 长时间失调稳定性15 15 15 15 卩V/month 输入电压噪声f=0.1Hz 〜10Hz 4 4 6 4 4 卩Vp-p f=10Hz 90 90 90 90 n V/厩f=100Hz 60 60 60 60 n V/厩f=1kHz 35 35 35 35 n V/厩f=10kHz 35 35 35 35 n V/师输入电流噪声f=0.1Hz ~10Hz 0.7 0.5 0.36 0.5 fA rms f=10kHz 0.22 0.16 0.11 0.16 fA/4k输入阻抗差模V DFF = ± 1 10列1 1013| 1 1013I 1 1013I 1 Q II pF1015 II 0.8 1015I 0.8 1015I 0.8 Q II pF 共模V CM = ± 10 101511 0.8开环增益V0@ ± 10V,R L=10k Q300 1000 300 1000 300 1000 300 1000 V/mVV0@ ± 10V,R L=10k Q ,T MIN/T MAX300 800 300 800 300 800 300 800 V/mVV0= ± 10V,R L=10k Q100 250 100 250 100 250 100 250 V/mVV0= ± 10V,R L=10k Q ,T MIN/T MAX80 200 80 200 80 200 25 150 V/mV输入电压范围差模电压± 20 ± 20 ± 20 ± 20 V共模电压-10 +10 -10 +10 -10 +10 -10 +10 V共模抑制比V=+10V ,-10V 80 90 90 100 90 100 90 100 dBT MIN/T MAX76 80 80 90 80 90 80 90 dB输岀性能电压@R L=10k Q ,T MIN/T MAX-12 +12 -12 +12 -12 12 -12 +12 V电压@R L=2k Q ,T MIN/T MAX-10 +10 -10 +10 -10 +10 -10 +10 V短路电流15 20 35 15 20 35 15 20 35 15 20 35 mAT MIN/T MAX9 9 9 6 mA负载电容稳定性G=+1 4000 4000 4000 4000 pF频率响应单位增益，小信号0.7 1.0 0.7 1.0 0.7 1.0 0.7 1.0 MHz全功率响应50 50 50 50 kHz3 AD549的工作原理3.1最小化输入电流AD549具有很小的输入电流和失调电压。

在实际应用中应谨慎考虑如何使用放大器可以减小输入电流。

为减小输入电流，该放大器的工作温度应尽可能低。

像其他JFET输入放大器一样，AD549的输入电流对芯片温度很敏感，上升斜率因子为每10C的2.3。

图二所示为AS549不同环境温度时的输入电流。

温度/弋图二环境温度对输入偏置电流的影响芯片电源损耗使工作温度上升，从而导致输入偏置电流上升。

由于AD549具有极低的静态供应电流，当放大器工作在15V时，芯片温度不会比环境温度高出3C。

这种情况下输入电流的差异可以忽略。

但大输出负载可引起芯片温度和输入电流的显著增加，因此建议最小负载阻抗不小于10Q。

3.2电路板设计注意事项很多原因会产生伪电流，从而降低电流测量的精度。

在放大器信号和电源线之间应有大于1015Q的绝缘阻抗，以获得低输入电流。

然而标准的PCB材料不具备如此高的绝缘阻抗，因此输入线应与具有足够大电阻系数的绝缘材料相连。

为保持其电阻系数，绝缘体的表面应保持干净。

选择绝缘材料时，除了大容量和高表面电阻系数，还要考虑其他性能。

由于表面水膜层会大大减小绝缘性，防止吸水也很重要。

同样需要考虑的因素还有压电效应（机械压力产生电子激发）和静电效应（摩擦产生电子）。

由于这些机理产生的电子不平衡将表现为寄生泄漏电流。

用通过输入电压偏压的金属导体包围输入线有两个好处：一是由于金属导体和输入线之间的电压很小，因此信号线的寄生漏电减小。

二是输入点的分布电容减小。

输入电容可显著地降低信号带宽和电流/电压转换器的稳定性。

使8管脚封装处于AD549输入电压附近，从而减小封装泄漏和输入共模电容。

图三、图四为反向放大器和同相放大器的保护电路图。

其他保护措施还包括：使电线布局紧凑，减小输入线的长度。

所有精密的高阻抗电路都需要屏蔽干扰噪声。

使用低噪声共轴和三轴电缆以尽量隔离输入信号线。

3.3失调电压的补偿AD549的输入失调电压可通过平衡管脚1和5来调整，见图五。

用这种方式补偿输入失调电压将引入一个附加的输入失调电压漂移，大小为每毫伏 2.4卩V/C。

AD549K AD549L和AD549J的最大附加漂移分别是0.6卩V/ C、1.2卩V/ C和2.4卩W C。

图六所示方法可用于放大器用作反向器的场合。

这种方法在放大器负输入终端和电源间引入一个参考电压。

放大器的输入失调电压漂移不受影响。

压漂移。

3.4高内阻信号源和高反馈阻抗的交流响应电源和反馈阻抗大于100k Q时，输入电容的影响放大了电路的交流特性。

由于电路带宽和稳定性互相影响，应考虑共模和差分输入电容产生的影响。

在随后级，电源阻抗和单极输入共模电容把带宽限制在？n R S C S O把器件的金属外壳和管脚8与输出相连可减小电容的影响。

AD549共模输入电容的典型值是0.8pF。

在反相放大器的结构中，差分输入电容形成环路传递函数的一极，并导致响应的过冲和不稳定。

可用一个反馈电容稳定电路。

AD549差模输入电容的典型值是1pF o3.5共模输入电压过载额定共模输入电压范围是小于正电源电压3V到大于负电源电压 5V O超过这个范围将降低放大器的共模抑制比。

共模电压高于正电源电压将导致放大器输出级饱和。

当输入恢复到正常值范围内后，典型的恢复时间为2卩s。

输入共模电压在负电源电压1V内将导致输出信图三反向放大器的保护电路图图四同向放大器的保护电路图但电源电压的波动将引起失调电图五标准失调电压补偿电路图六用作反向器时的失调电压补偿电路*V-号相位翻转。

这种情况下，在输入电压回到正常值范围后3.6差模输入电压过载图七所示为不同差模输入电压下AD549的的输入电流。

差模电压在1V到1.5V内时，两端输入电流在几百fA内。

超出此范围，输入电流在30卩A内。

图七不同差模输入电压下的输入电流3.7输入保护AD549可以轻易处理供给电压范围内的任何输入电压。

在没有保护的情况下，输入端电压超过电源供给电压会损坏器件，造成输入电流漂移或偏置电压漂移。

图八所示是放大器用作反相器时的保护电路图。

R P将瞬时过电压产生的电流限制在1mA 以内（持续时间小于1秒），或连续电流小于100卩A由于F P处在反馈电路中，并且远小于放大器输入阻抗值，因此不会影响反相器的直流增益。

但电阻器的热噪声增加了放大器的输入噪声。

在AD549用作跟随器的保护电路中（图九），正输入端的和电容引入？n RC的极点。

同样，R P的热噪声增大了放大器的输入电压噪声。

如图十所示为AD549用作反相器并具有输入钳位电压的电路图。

钳位二极管与反相输入端相连，减小超过钳位的电压值。

由于二极管电流低，还可减小漏电流。

应使用低渗漏二极图十具有输入钳位的反相放大器0.5卩s内运放恢复正常工作。

管如FD333并防止照射以防止光电流产生。

会有所增加。

即使采取这些措施，二极管的输入电流和电容仍1—1n FHOTE.iETt1图九有输入电流限制的跟随器」 4 』_1 0 II 3 3 4差模输入电压/ ¥( VI1T+-VIN-)输入电眾/A图八有输入电流限制的反相放大器4应用电路4.1漏电流的采样和测量有很多方法，如电流积分和直接将电流转换为电压，可测量微弱的漏电流。

无论哪种方法，为准确测量都应考虑电路板和连线的整洁、绝缘材料的选择、保护技术和布线排版。

图十一是采样和差动电路。

电路包括两个 AD549静电计放大器用作电流电压转换器，和高阻值(10 Q)的传感电阻(RSa 和RSb )°R1和R2提高了电路的总灵敏度， 其值为10fA/mV(满量程10pA )。

C C 和G 用作抑制噪声和闭环补偿。

C C 应是一个低渗漏的聚苯乙烯电容。

测量时使用极低渗漏的 Kel-F 测试插座连接器件。

使用硬性 Teflon 共轴电缆达到高阻抗的目校准时待测器件不应接入。