線性科技 LT1800 運放：低功耗、高速與高精度的完美融合

在電子工程師的日常工作中，運放是一種極為常見且關(guān)鍵的電子元件，廣泛應(yīng)用于信號處理、數(shù)據(jù)采集、自動控制等眾多領(lǐng)域。今天就來詳細聊聊線性科技（Linear Technology）推出的一款低功耗、高速且具備軌到軌輸入輸出能力的精密運放——LT1800。

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器件概述

LT1800 是一款性能卓越的運放，具有低功耗、高速以及軌到軌輸入輸出的特點，同時具備出色的直流性能。與其他具有相似帶寬的器件相比，它的優(yōu)勢在于降低了電源電流，減少了輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流，并提高了直流增益。其輸入范圍涵蓋了兩個電源軌，輸出能夠在任一電源軌的 20mV 范圍內(nèi)擺動，這一特性在低電源應(yīng)用中可以最大限度地擴大信號動態(tài)范圍。該器件在 2.3V 至 12.6V 的電源電壓下都能保持良好的性能，并且在 3V、5V 和 ±5V 電源下有詳細的參數(shù)規(guī)格。此外，即使輸入電壓超出電源范圍，也不會對器件造成損壞，輸出也不會發(fā)生相位反轉(zhuǎn)。

軌到軌輸入輸出特性使得運放能夠充分利用電源電壓范圍，提高信號的動態(tài)范圍和處理能力。在一些對信號幅度要求較高的應(yīng)用中，這種特性可以避免信號的削波和失真，從而提高系統(tǒng)的性能和精度。

主要特性

電氣性能

• 增益帶寬積：高達 80MHz，能夠滿足高頻信號處理的需求。
• 輸入共模范圍：包含兩個電源軌，使得運放可以處理接近電源電壓的輸入信號。
• 輸出擺幅：能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌輸出，進一步擴大了信號的動態(tài)范圍。
• 低靜態(tài)電流：最大僅為 2mA，有助于降低系統(tǒng)功耗。
• 低輸入失調(diào)電壓：最大為 350μV，保證了運放的高精度性能。
• 低輸入偏置電流：最大為 250nA，適用于高源阻抗應(yīng)用。
• 低電壓噪聲：僅為 8.5nV/√Hz，能夠減少信號噪聲干擾。
• 壓擺率：達到 25V/μs，可實現(xiàn)快速信號響應(yīng)。
• 共模抑制比：高達 105dB，有效抑制共模信號干擾。
• 電源抑制比：達到 97dB，能夠減少電源波動對輸出信號的影響。
• 開環(huán)增益：為 85V/mV，提供了良好的信號放大能力。

溫度范圍與封裝

• 工作溫度范圍：為 –40°C 至 85°C，具有較寬的溫度適應(yīng)性，可在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定工作。
• 封裝形式：提供 8 引腳 SO 封裝和 5 引腳 TSOT - 23 封裝，方便不同應(yīng)用場景的選擇。

不同的封裝形式具有各自獨特的特點和適用場景。對于 LT1800 提供的 8 引腳 SO 封裝和 5 引腳 TSOT - 23 封裝，8 引腳 SO 封裝引腳相對較多，可能更適合需要較多外部連接和功能擴展的應(yīng)用場景；而 5 引腳 TSOT - 23 封裝體積較小，在對空間要求較為苛刻的場景中具有優(yōu)勢。其他常見的封裝形式如 DIP 雙列直插式封裝，適合在 PCB 上穿孔焊接，操作方便，但芯片面積與封裝面積比值較大，體積也較大，常用于絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路；QFP 塑料方型扁平式封裝和 PFP 塑料扁平組件式封裝，適用于 SMD 表面安裝技術(shù)在 PCB 電路板上安裝布線，適合高頻使用，操作方便且可靠性高，一般大規(guī)模或超大型集成電路采用這種封裝形式；PGA 插針網(wǎng)格陣列封裝，插拔操作更方便，可靠性高，可適應(yīng)更高的頻率。

典型應(yīng)用

單電源 1A 激光驅(qū)動器放大器

LT1800 可用于 1A 激光驅(qū)動器應(yīng)用。其 2.3V 的低工作電壓能確保在電源啟動時正常工作，避免激光二極管在電路產(chǎn)生大電流前出現(xiàn)異常。通過控制非反相輸入端電壓，可以精確控制高電流 NPN 晶體管和激光二極管的導(dǎo)通，實現(xiàn)精確的電流控制。同時，電路中的頻率補償組件可確保快速且無過沖的時域響應(yīng)，防止激光出現(xiàn)過流情況。不過，由于激光二極管和晶體管的散熱限制，它們需要在低占空比下工作。

快速 1A 電流檢測放大器

該應(yīng)用電路可快速響應(yīng)超出范圍的電流。它將 0.1Ω 檢測電阻兩端的電壓放大 20 倍，實現(xiàn) 2V/A 的轉(zhuǎn)換增益。電路的 -3dB 帶寬為 4MHz，由輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流引起的不確定性小于 4mA，最小輸出電壓為 60mV，對應(yīng) 30mA 的電流。

單 3V 電源、1MHz、4 階巴特沃斯濾波器

利用 LT1800 的低電壓工作能力和寬帶寬特性，可構(gòu)建一個由 3V 電源供電的直流精確 1MHz 4 階低通濾波器。放大器采用反相模式配置，以實現(xiàn)最低失真，輸出能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動，從而獲得最大的動態(tài)范圍。該濾波器在 50MHz 處的阻帶衰減大于 100dB，對于 2.25VP - P、250kHz 的輸入信號，諧波失真產(chǎn)物小于 - 85dBc，最壞情況下的輸出失調(diào)電壓小于 6mV。

低功率高壓放大器

在某些光學(xué)應(yīng)用中，需要精確控制施加在材料上的電壓，以維持其所需的特性。LT1800 可用于構(gòu)建一個能夠?qū)崿F(xiàn) 250V 輸出擺幅的放大器，為負載提供精確的直流輸出電壓。當輸入信號到來時，運放輸出變化，通過晶體管鏡像電流驅(qū)動電容性負載。通過限制輸出器件的電流，可以最小化功耗，實現(xiàn)密集布局并提高可靠性。

LT1800 運放的使用注意事項

電源相關(guān)

LT1800 的總電源電壓最大為 12.6V，在設(shè)計電源電路時，必須嚴格確保電源電壓在這個范圍內(nèi)，否則可能會對器件造成永久性損壞。此外，最小電源電壓由電源抑制比測試保證為 2.3V，在實際應(yīng)用中，要保證電源電壓不低于此值，以確保器件正常工作。

輸入保護

• 輸入電流限制：輸入電流應(yīng)限制在±10mA 以內(nèi)。因為輸入由背對背二極管和連接到電源軌的 ESD 二極管保護，當差分輸入電壓超過 1.4V 或任一輸入超出電源軌時，必須嚴格控制輸入電流，防止損壞器件。
• 過驅(qū)動保護：當輸入電壓超過電源時，兩對交叉二極管 D1 - D4 可防止輸出極性反轉(zhuǎn)。若輸入電壓超過電源 700mV，相應(yīng)的二極管會導(dǎo)通以保持輸出極性正確。為保證相位反轉(zhuǎn)保護正常工作，輸入電流必須限制在小于 10mA。如果放大器受到嚴重過驅(qū)動，應(yīng)使用外部電阻來限制過驅(qū)動電流。另外，輸入級還通過一對背對背二極管 D5/D8 保護，防止 1.4V 或更高的大差分輸入電壓導(dǎo)致輸入晶體管發(fā)射極 - 基極擊穿，這些二極管導(dǎo)通時電流應(yīng)限制在小于 10mA。

輸出保護

• 短路保護：輸出短路持續(xù)時間雖可為無限，但當輸出持續(xù)短路時，需注意保持 IC 的結(jié)溫低于絕對最大額定值 150°C。因為 LT1800 可提供較大輸出電流，短路電流限制設(shè)置在約 50mA 以防止器件損壞。
• 反向偏置二極管：放大器輸出有連接到每個電源的反向偏置二極管。若輸出被強制超出任一電源，無限制的電流將流過這些二極管。不過，如果電流是瞬態(tài)的且限制在幾百 mA 以內(nèi)，并且總電源電壓小于 12.6V，則器件不會損壞。

散熱問題

LT1800 采用小封裝（如 SOT - 23），熱阻為 250°C/W。必須確保芯片的結(jié)溫不超過 150°C，可通過公式 TJ = TA + (PD ? θJA)計算結(jié)溫，其中 TA 為環(huán)境溫度，PD 為功耗，θJA 為熱阻。在設(shè)計電路時，要根據(jù)實際的電源電壓、輸出電壓和負載電阻計算功耗，避免結(jié)溫過高。

反饋組件選擇

使用反饋電阻設(shè)置增益時，要注意由反饋電阻和反相輸入端總電容形成的極點不能降低穩(wěn)定性。例如，在非反相增益為 2 的情況下，使用兩個 5k 電阻和 5pF 電容（包括器件和 PCB 電容）可能會導(dǎo)致瞬態(tài)響應(yīng)出現(xiàn)振鈴。可通過在反饋電阻兩端連接 5pF 或更高的電容來消除振鈴或振蕩。

大家在使用 LT1800 或其他運放時，是否也遇到過類似的問題呢？你是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。