运算放大器(AD549)应用中文技术资料

极低偏置电流运算放大器AD549

1 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1015Ω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0℃到70℃。S型号专用于军事，其温度范围：-55℃到125℃。

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5μV/℃(AD549K)；1mV和20μV/℃(AD549J)。700μA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/μs的压摆率。当输入为10V时，建立时间是5μs 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。

图一AD549引脚图

表一AD549的主要特性

nV/ nV/ nV/ nV/

3 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10℃的2.3。图二所示为AS549不同环境温度时的输入电流。

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3℃。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10Ω。

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1015Ω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 2.4μ

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

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。但电源电压的波动将引起失调电压漂移。

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 Ω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½πR S C S 。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 。 3.5 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 。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2μs 。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

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

号相位翻转。这种情况下，在输入电压回到正常值范围后0.5μs 内运放恢复正常工作。 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30μA 内。

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100μA 。由于R 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½πRC 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。应使用低渗漏二极管如FD333并防止照射以防止光电流产生。即使采取这些措施，二极管的输入电流和电容仍会有所增加。

图七 不同差模输入电压下的输入电流

图八

有输入电流限制的反相放大器

图九 有输入电流限制的跟随器 图十 具有输入钳位的反相放大器