AD704/AD705/AD706微微安级输入电流的双极型运算放大器是美国AD公司(Analog Devices Inc)最近二年推出的优秀产品之一。它具有低功耗、低漂移、高输入阻抗、交流与直流特性优异等一系列优点。 AD704/AD705/AD706三种运算放大器,它们的区别在于每一块集成块内含有的运算放大器个数不同。AD705是在每个集成块内只封装一个运算放大器,AD706是在每个集成块内封装了二个匹配的AD705运算放大器,而AD704是在每个集成块内封装了四个匹配的AD705芯片,为四运放器件。因此,无特殊说明时,本文均以AD705性能为例进行使用说明。
1. AD704/AD705/AD706运算放大器的基本特性
AD704/AD705/AD706是低功耗、双极型的运算放大器,它具有双极型场效应晶体管(BiFET)的输入级。因此,具有输入阻抗高、输入失调电压低、输入偏置电流小、输入失调电压漂移小的特点。由于采用了超双极型场效应晶体管输入级,输入偏置电流达到了微微安级的水平,使它既具有BiFET与双极型运算放大器的许多优点,又克服了全温度范围内偏置电流(I)B)漂移大的缺陷。在全温度范围内,它的IB典型应用仅增长5倍,而一般BiFET运算放大器IB要增长1000倍。由于采用超β双极性技术,AD704/AD705/AD706的失调电压达到微伏级,并且还具有精密双极型运算放大器的低噪声特性。与op-07相比,输入失调电压仅为op-07的1/15。温度漂移值为op-07的1/2。由于是BiFET输入级,因此,信号源阻抗可以比op-07高得多,而它的直流精度却保持不变。 AD704/AD705/AD706的主要技术性能指标列于表1。
2. AD704/AD705/AD706运算放大器的应用
由于AD704/AD705/AD706具有上述的众多优异特性,因此,它特别适合于作数据采集系统中的有源滤波器、精密仪表放大器高质量的积分器与高输入阻抗的放大器等。 采用一个AD705就能单独组成具有高输入阻抗,高性能的差动放大器,它的原理图如图2 。
在线路图中,不仅要求R1=R1',R2=R2',而且电阻R1、R1'、R2和R2'都是1%精度的金属膜电阻。 线路增益: (1) 共模输入电压范围: VCM=10(VS-1.5V) (2) VS--电源电压。 对于电流电压VS=±15V来讲,VCM=135V。 R6是用来调整线路直流共模抑制比的。 电路的主要特点是共模电压高、功耗低。如果改变电阻值,线路增益也发生变化,性能的变化如表2所示。 为了提高电路的高段共模抑制比(CMRR),电路中的电容C2用一个可调电容器代替,它的数据值为1.5~20pf。只要仔细微调可变电容器C2,就能得到满意结果。 线路调试方法: 为了优化该线路的低频和直流时的共模抑制能力,将信号频率1Hz、信号幅值1V的正弦波同时加到放大器的二个输入端,然后仔细微调电阻R6,使其输出幅值最小。 值得指出的是,该差动放大器没有电气隔离环节,对于高压信号源来说是危险的。因此,使用高压信号源时,必须增加保护措施。另外,信号的参数地必须与放大器的公共地相接。 用一个AD706就能组成一个性能优良,低成本的仪表放大器,它的原理图如图3所示。 在线路图中,电阻RG是一个选用器件。当没有RG时,线路的传递函数为: (3) R2=R3=49.9kΩ/(G-1) (4) R1=R4 G—线路增益。 该电路具有输入阻抗高、允许信号源输出阻抗不平衡等特点。在图3中,没有RG,电阻全部采用1%精度的金属膜电阻。线路增益G与放大器A1、A2的增益及不同电阻值的关系列于表3。
电阻RG在线路中的作用是微调电路的增益G。电路的共模抑制比(CMRR)随着增益的增加而上升,当电路增益调定后,它的共模抑制比CMRR也就确定了。共模抑制比CMRR取决于电阻R1~R4的匹配程度。 选用电阻RG后,就能准确地调定电路增益G。电阻RG可接下列公式计算: R1=R4=49.9kΩ/(09G-1) (5) RG=99.8kΩ/0.06G (6) G—设计需要的增益。并且G必须大于1.1。 为了提高交流共模抑制,在放大器A1的管脚(2)与地之间加一个电容,容量在调试中确定。 利用AD706能很方便地组成双运放四极点有源滤波器,它的原理图如图4所示。 在线路图中,要求采用精度±5%、耐压50V以上的电容器和精度±1%的金属膜电阻。 当R1=R2和R3=R4时, (7) (8) (9) (10) 不同元件值时的滤波器特性列表表4。
采用一个AD704就能方便地组成带有低通滤波器的仪表放大器,它的电气原理图如图5所示。 该电路具有使用元件少,功耗低、直流精度高、输入失调电压漂移等优点。电路常采用的增益(10,100,1000)与电阻阻值关系列于表5。当采用其他电路增益时,电阻阻值可由下列公式求得:
R=R4+R5=49.9kΩ (11) (12) RG的最大值: RGMAX=99.8kΩ/0.06G (13) (14) 根据公式(12)电路增益G必须大于1.12。 在该线路图中,当R1=R3,R3=R4+R5时,仪表放大器的增益G: (15) (16) (17) R6=R7 (18) (19) R8=R9 综上所述,该电路中除了上述的一系列优点外,还存在以下几点限制,这是使用时的注意事项: ●仪表放大器的增置G>1/0.9。也就是说,当增益G=1/0.9时,电路不能工作。 ●当电路处于低增益时,输入共模电压范围大幅度降低,这样导致了低通滤波器第一级的工作状态不良。例如,当电路增益G=2时,第一级的输入共模电压范围下降50%。 ●由于二个放大器工作在不同的闭环增益状态,因此,当不使用交流共模调速电容Ct时,交流抑制会变得很差 |