OPA4521运算放大器说明书.docx
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OPA4521运算放大器说明书
OPA452.OPA45380V,50mA运算放大器
德洲仪器,Burr-Brown产品
特性:
●电源应用范围
±10V至±40V
●输出负载驱动
50mA连续
●输出电压摆幅
1V至轨
●完全保护设计
热关断
输出限流
●工作温度范围
-40℃到+125℃之间
●封装选项
TO220-7
DDPACK-7表面贴装
应用:
●压电单元
●检测仪器
●音频放大器
●转换器驱动器
●饲服驱动器
产品介绍:
OPA452和OPA453为低成本运算放大器,高压可达80V,高电可达50mA,OPA452具有稳定的单位增益和1.8MHZ的带宽积,OPA453经过优化设计,针对5或更大的增益,,带宽达到7.5MHZ.
考虑到超温和电流过载的情况,OPA452和OPA453做了内部保护设计,电源应用范围在±10V至±40V之间,不像其它运算放大器,OPA452和OPA453对整个电源的应用范围有明确的详细说明.
通过激光微调的,庞大的集成电路不仅能提供优良的精确度,还能提供非常广的输出摆幅.特殊设计的产品不仅便于用户使用,而且还能避免倒相现象的产生.
OPA452和OPA453采用TO220-7和DDPAK-7两种版本进行封装.产品的连接温度范围在-40℃到+125℃之间.
绝对最大额定值:
电源电压,V+至V－----------------------------------------------80V
信号输出终端,电压-----------------------------（V-）-0.5V至（V+）+0.5V
电流----------------------------------------------5mA
输出短路-------------------------------------------------------连续
工作温度--------------------------------------55℃至+125℃
蓄电温度--------------------------------------65℃至+150℃
连接温度--------------------------------------------+150℃
引脚温度（焊接10秒,TO-220）---------------------------300℃
（焊接3秒,DDPAK）-----------------------------240℃
注意
（1）如果耐压等级超出最大额定值,会给仪器带来永久性的损坏,另外,在绝对最大额定值条件下,工作时间延长也可能影响器件的可靠性.
（2）输入终端采用二级管箝位至电源轨的方式,如果输入信号的摆幅超出电源轨0.5V,电流则要限制在5mA或更小的范围内.
静电放电的灵敏性:
集成电路可能由于静电放电原因而损坏,为此,德洲仪器公司建议用户正确安装和处理集成电路,静电放电不仅能降低操作性能,而且还有可能使整个仪器出现故障.由于细小参数的改变,精密的集成电路更容易造成损坏,仪器也就达不到使用标准.
电子特性:
OPA452;Vs（电源电压）=±10V至±40V
在规定的连接温度范围内列有黑体标注的极限值.
Tj（接温）=-40℃到+125℃.
除非另有说明,这里Tj（接温）=+25℃,RL=3.8kΩ接地,,并且VOUT
（输出电压）=0V.
参数
状态
OPA452TA,FA
单位
最小值
典型值
最大值
偏移电压
输入偏移电压
超温
漂移
参照电源
超温
输入偏流
输入偏流
输入骗移电流
噪声
输入电压噪声密度
电流噪声密度
输入电压范围
共型电压范围
共型抑制比
超温
入端阻抗
微分
共型
开环增益
开环电压增益
超温
超温
频率响应
增益-带宽积
压摆率
设定时间
过载恢复时间
总谐波失真+噪声
输出
电压输出
超温
电压输出
超温
输出电流
短路电流
电容负载驱动
关断旗标
热关断状态输出
正常操作
热关断
连接温度
关断
关断恢复
电源
电源电压范围
静态电流（每个放大器）
超温
温度范围
规定范围（连接）
工作范围（连接）
储存范围（环境）
热抗
TO200-7
DDPAK-7
电子特性:
OPA453;Vs（电源电压）=±10V至±40V
在指定的接温范围内列有黑体标注的极限值.
Tj（接温）=-40℃到+125℃.
除非另有说明,这里Tj（接温）=+25℃,RL=3.8kΩ接地,,并且VOUT
（输出电压）=0V.
参数
状态
OPA453TA,FA
单位
最小值
典型值
最大值
偏移电压
输入偏移电压
漂移
参照电源
超温
输入偏流
输入偏流
输入骗移电流
噪声
输入电压噪声密度
电流噪声密度
输入电压范围
共型电压范围
共型抑制比
超温
入端阻抗
微分
共型
开环增益
开环电压增益
超温
超温
频率响应
增益-带宽积
压摆率
设定时间
过载恢复时间
总谐波失真+噪声
输出
电压输出
超温
电压输出
超温
输出电流
短路电流
电容负载驱动
关断旗标
热关断状态输出
正常操作
热关断
连接温度
关断
关断恢复
电源
电源电压范围
静态电流（每个放大器）
超温
温度范围
规定范围（连接）
工作范围（连接）
储存范围（环境）
热抗
TO200-7
DDPAK-7
注意:
除非另有说明,所有的测试都是在+25℃的环境温度下,高速进行的测试.有效的连接温度为+25℃.
仪器的特殊特性:
除非另有说明,这里Tj（接温）=+25℃,RL=3.8kΩ接地
除非另有说明,所有的温度为连接温度,参照”应用信息部分”用环境温度算出仪器在特殊配置情况下的连接温度.
1.开环增益和相位与频率的参照图（见附图）
2.开环增益和相位与频率的参照图（见附图）
3.共型抑制比与频率的参照图（见附图）
4.电源抑制比与频率的参照图（见附图）
5.输入电压及电流噪声光谱密度与频率的参照图（见附图）
6.总谐波失真+噪声与频率的参照图（见附图）
7.最大输出电压摆幅与频率的参照图（见附图）
8.输出电压摆幅与频率的参照图（见附图）
9.开环增益,电源抑制比以及共型抑制比与频率的参照图（见附图）
10.输入偏流和输入偏移电流与频率的参照图（见附图）
11.静电电流及短路电流与频率的参照图（见附图）
12.增益带宽积与频率的参照图（见附图）
13.压摆率与温度的参照图（见附图）
14.输入偏流和输入偏移电流与共型电压的参照图
15.静电电流及短路电流与温度的参照图（见附图）
16.偏移电压生产分布图（见附图）
17.偏移电压飘移分布图（见附图）
18.时间设定与闭环增益参照图（见附图）
19.小信号过冲与负载电容参照图（见附图）
20.大信号阶跃响应
21.小信号阶跃响应
22.小信号阶跃响应
23.小信号阶跃响应
应用信息:
图1是OPA452当作非倒相放大器的连接图,事实上不管运算放大器采用什么方式的构造配置都可采用OPA452.而OPA453的构造设计则针对5或更大的增益.电源终端,在接近电源引脚的地方必须设有0.1uF或更大的电容器旁路,而且必须确定电容器的额定值和电源电压值比率适当.OPA452和OPA453具有优良的操作性能,输出电流可达50mA.
限流
OPA452和OPA453内部设有限流电路,限制输出电流到125mA,如图（仪器特殊特性图）所示,由于连接温度和电源电压的上升,限流可能会有小的改变.限流与热保电路的组合可以防止过载现象的产生（包括接地短路）.
热保
OPA452和OPA453设有热关断电路系统,这些电路系统保护放大器由于过载而造成的损坏.当连接温度达到160℃的时候,热保电路系统阻止电流输出,同时给仪器降温,当连接温度降到大约140℃的时候,输出电路会重新自动起动.
这个热关断功能是用来替代散热的.热关断电路系统的起动是功耗过多以及散热不充分的适时反应,放大器长期,连续的处在热关断状态会大大降低仪器的可靠性.
热关断显示器（旗标）引脚用来监视和确定热关断,在正常操作情况下,旗标引脚输出的电流为50nA,在关断状态下,旗标引脚输出的电流上升到140uA.该电流输出能简单,方便地与外部逻辑连接..图2是该功能应用的两个例子.
图1.线路连接图
图2热关断显示
电源:
OPA452和OPA453具有良好的操作性能,可在±10V至±40V,或整个80V的供电电源范围内操作.虽然两个仪器的大多数运转特性在整个工作电压范围内不会改变.但是随着工作电压的变化,两个仪器的各项参数会有很大变化.（有关细节,请参照仪器的特殊特性图）
仪器在使用时,如果不需要对称的输出电压摆幅,那么电压也不必等幅.OPA452和OPA453可在供电电源范围内采用很小的20V或较高的80V电压进行操作.例如,阴极电源在-10V的情况下,可把阳极电源调到70V,反之亦然.
DDPAK-7和TO220的封装采用负极（V-）电源连接的形式,但这种连接方式不是用来输送电流的.为达到最佳的温差性能,封装应直接焊到电路板的铜区（见散热部分）.
功耗
运算放大器的内部功耗非常大.随着连接温度的改变,OPA452和OPA453的所有配置可能会有所改变.如果仪器内部不受热阻限制,那么连接温度和环境温度就会是相同的.然而在实际操作中,仪器本身会产生自热,连接温度也会比环境温度高很多.我们可以通过下面的运算来确定出连接温度,并把它作为环境温度和应用条件的一个参考常数.
假设线路配置中采用了OPA452,其负载为600Ω,输出电压为20V,,电源在±40V之间,环境温度（Ta）为40℃,Θja（热阻）加上散热为30℃/W.那么:
我们首先算出运算放大器的静态加热值:
PD（内部功耗）=IQ（静态输入）XVS（电源电压）=6mAx80V=480mW
然后算出输出电流:
IO=VO/RL=20V/600Ω=33.33mA
输出电流=输出电压/负载电阻=20V/600Ω=33.33mA
再算出放大器输出晶体管内的功耗:
PD（输出级功耗）=IOX（VS-VO）=33.3mAx（40-20）=667mW
PD（输出级功耗）=输出电流X（电源电压-输出电压）=33.3mAx（40-20）=667mW
PD（总功耗）=PD（内部功耗）+PD（输出级功耗）=480Mw=667Mw=1147mW
最后算出连接温度:
TJ=TA+PDXΘja
即:
连接温度（TJ）=40℃+1147mWX30℃/W=74.4℃
在这里:
VO=输出电压
VS=电源电压
IO=输出电流
RL=负载电阻
TJ=连接温度
TA=环境温度
Θja=热抗
安全工作区:
这里所说的安全工作区（SOA曲线,图3）是指电压和电流所允许的变化幅度.当输出晶体管的电压（VS-VO）上升的时候,安全输出电流则降低,有关安全工作区的详细说明,请参照”应用报告”SBOA022.
安全工作区对输出短路有严格的要求,接地短路不仅使晶体管中的电源电压达到饱和,还能产生125mA的输出电流.在±40V电源应用范围内,接地短路会产生10W的内部功耗,这个数值远远大于实际的散热值,因此不做推荐.如果仪器必须在这个范围内进行操作,那最好还是配用散热功能.
散热:
OPA452或OPA453在操作时产生的功耗会带来连接温度的升高,为了运行稳定,连接温度应限制到+125℃.多数情况下,仪器需要散热以确保温度不会超出连接温度的最大值,总的来说,散热取决于功耗和环境情况.
出于散热目的,DDPAK的封装方式是直接焊到电路板的铜区,在加热铜区温度的同时提高散热度.图4是热抗与电路板铜区的对比参照图
视情况而定,有时候仪器的运行还需要附加散热.美国爱美达公司（AavidThermalProducts）采用独特设计生产的表面贴装散热片可以和上述配置同时配套使用.有关爱美达公司的详情,请登陆网站,以获取更多信息.
图4.热抗与线路板铜区的对比参照图
电容负载:
针对增益,负载以及工作条件,OPA452和OPA453对其动态特性做了优化设计.低闭环增益及电容负载的组合在降低相位率的同时,还可能带来增益峰化或振荡.如图5所示,工作电路使用电容负载来保持相位率.图6展示的是,工作电路的小信号阶跃反应情况.有关该方面的具体介绍,请登陆,参照”应用报告”SBOA015,以获取更多相关信息.
图5.大电容负载的驱动图
图6.工作电路的小信号阶跃反应图
增加输出电流:
如果50mA的输出电流在使用中不能驱动所需负载,我们可以以并联的方式再加2个或更多的OPA452或OPA453.如图7所示,运算放大器A1为主运算放大器,运算放大器A2为辅助放大器,在这里用做单位增益缓冲器.同样,我们也可使用外面的输出晶体管来增加输出电流.图8中的工作电路可提供输出电流达到1A.德洲仪器公司针对高输出电流驱动,可编程电流限制,以及输出阻断还开发了OPA547,OPA548,OPA549系列运算放大器.
图7.加装并联放大器来提高输出电流
图8.外配的输出晶体管提高输出电流（达到1Amp）
输入保护:
OPA452和OPA453内设箝位二极管,在电压超出供电轨的情况下,使用箝位二极管来保护输入电流,但输入电流必须限制在5mA.虽然有些时候,我们会加一个外置的系列电阻对输入电流进行保护.但因很多输入信号本身采用限流的方式,所以没必要再多加限制电阻.毕竟一系列的大电阻和输入电容的连接会影响仪器运行的稳定性.
用低增益使用OPA453
虽然OPA453的构造设计是针对5或更大的信号增益,但我们在倒相配置中,在使用外部补偿的同时,还可使用它的高压摆率以及低增益,该技术保留了OPA453在低频状态下的低噪声特性,OPA453在使用时,其
高频噪声可能会有小的增加.为保证仪器的稳定运行,在发出二次低频响应的同时,该技术对回路增益进行整形.
假设噪声增益（非倒相信号增益）及低频噪声增益（NG1）由电阻率设定,高频噪声增益（NG2）及过度频率由电容率设定,如果该噪声增益值（该数值可通过NG2=1+CS/CF来算出）大于运算放大器所建议的最小稳定增益,并且该噪声增益极（通过1/RFCF设定）能够正确摆放,那么就会产生二次低频响应
要想算出CS和CF的值,就必须首先解决两个参数和三个方程,第一,高频噪声增益的系数必须比OPA453的最小稳定增益大,第二,用信号增益（G=-1）确定低频噪声增益（NG1=1+RF/RG）,用这两个增益,就能算出OPA453的增益带宽积,与此同时,再找出低频响应值,（Q=0.707）,那么补偿电路的基本频率值就能算出来了.
图9中的F_3dB大约为180KHZ,这个数值比想象的要低（注:
用NG1除以GBP得到的数值要比这个大）.在提供符合标准的输出压摆率的同时,补偿网络把带宽控制到低值.在频率低于NG1/Z0的情况下,由于回路增益的上升,可能造成失真运做.在NG1=2,NG2=10（无寄生调整）情况下,我们可算出图10中的电容值..
用实际负载值,通过检查小信号阶跃响应来改善实际的电路值.图9是OPA453在负载等于1000pF,G=-1状态下的小信号阶跃反应图.该电路不会产生波动反应,如果拿掉CS和CF,电路运转就会不稳定.
图9在G=-1的情况下,OPA453的补偿图
图10.小信号阶跃响应
包装材料信息:
带,卷信息
A0
设计接纳元件宽度的尺寸
B0
设计接纳元件长度的尺寸
K0
设计接纳元件厚度的尺寸
W
定义装料带的总宽度的尺寸
P1
定义相邻凹坑中心之间的间差
仪器
包装类型
包装设计
引脚
SPQ
卷的直径
（mm）
卷的宽度
W1（mm）
A0（mm）
B0（mm）
K0（mm）
P1
（mm）
W
（mm）
引脚
象限
OPA452FA/500
DDPAK
KTW
7
500
330.0
24.4
10.6
15.6
4.9
16.0
24.0
Q2
OPA452FAKTWT
DDPAK
KTW
7
50
330.0
24.4
10.6
15.6
4.9
16.0
24.0
Q2
OPA453FAKTWT
DDPAK
KTW
7
50
330.0
24.4
10.6
15.6
4.9
16.0
24.0
Q2
所有尺寸为标准中规定的名义尺寸
仪器
包装类型
包装设计
引脚
SPQ
长度
宽度
高度民主
OPA452FA/500
DDPAK
KTW
7
500
346.0
346.0
41.0
OPA452FAKTWT
DDPAK
KTW
7
500
346.0
346.0
41.0
OPA453FAKTWT
DDPAK
KTW
7
500
375.0
346.0
57.0
所有尺寸为标准中规定的名义尺寸
包装选项补充/包装信息:
可订货仪器状态包装类型包装设计引脚包装数量环保计划铅/焊球涂层MSL等级/回流焊峰
OPA452FA良品已呆滞DDPAKKTW7TBD致电TI致电TI
OPA452FA/500活动规定DDPAKKTW7500GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNLevel-3-245c-168HR
OPA452FA/500G3活动DDPAKKTW7500GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNLevel-3-245c-168HR
OPA452FAKTWT活动DDPAKKTW750GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNLevel-3-245c-168HR
OPA452FAKTWTG3活动DDPAKKTW750GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNLevel-3-245c-168HR
OPA452TA活动TO-220KC749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA452TA-1活动TO-220KVT749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA452TA-1G3活动TO-220KVT749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA452TAG3活动TO-220KC7GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA453FA良品已呆滞DDPAKKTW750GREEN（ROHS&无Sb/Br）致电TI致电TI
OPA453FAKTWT活动DDPAKKTW749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNLevel-3-220c-168HR
OPA453TA活动TO-220KC749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA453TA-1活动TO-220KVT749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA453TA-1G3活动TO-220KVT749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
OPA453TAG3活动TO-220KC749GREEN（ROHS&无Sb/Br）CUSNN/AforPkgType
产品的市场情况定义如下:
ACTIVE :
建议采用新型的产品
LIFEBUY :
停产产品,终生不再生产的产品
NRND :
不建议采用新产品,为支持现有客户而生产的产品
PREVIEW :
产品已经公布,但还没有生产,有（没有）样品
OBSOLETE :
仪器已经停止生产
Eco-Plan :
环保计划,计划分类:
无铅（ROHS）,无铅（ROHS,豁免）,绿色（ROHS&无Sb/Br）
RoHS是欧盟一个测试认证。
是对电子原材料及元件进行欧盟RoHS禁用化学物质的测试与验证服务。
针对的产品和对象有重金属,机溴化合物（阻燃剂）,机氯化合物,无机元素,有机锡化合物,其他等。
请登陆
Pb-Free（ROHS,豁免）:
无铅（ROHS,豁免）:
这里的豁免指的是1）以铅为基底的用在压模和包装之间的覆晶焊锡凸块.或2）以铅为基低的用在压模和铅框间的粘结剂
GREEN（ROHS&无Sb/Br）:
绿色（ROHS&无Sb/Br）:
德洲仪器公司把绿色定义为无铅（ROHS,兼容的）,无溴（Br）,以锑（Sb）为基底的阻燃剂
MSL :
湿度敏感性,采用JEDEC工业标准划分.
PEAKSOLDERTEMPERATURE:
回焊温度
重要声明
德州仪器（TI）及其下属子公司有权在不事先通知的情况下，随时对所提供的产品和服务进行更正、修改、增强、改进或其它更改，并有权随时中止提供任何产品和服务。
客户在下订单前应获取最新的相关信息，并验证这些信息是否完整且是最新的。
所有产品的销售都遵循在订单确认时所提供的TI销售条款与条件。
TI保证其所销售的硬件产品的性能符合TI标准保修的适用规范。
仅在TI保修的范围内，且TI认为有必要时才会使用测试或其它质量控制技术。
除非政府做出了硬性规定，否则没有必要对每种产品的所有参数进行测试。
TI对应用帮助或客户产品设计不承担任何义务。
客户应对其使用TI
组件的产品和应用自行负责。
为尽量减小与客户产品和应用相关的风险，客户应提供充分的设计与操作安全措施。
TI不对任何TI专利权、版权、屏蔽作品权或其它与使用了TI产品或服务的组合设备、机器、流程相关的TI知识产权中授予的直接或隐含权限作出任何保证或解释。
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