探索MAXIM SOT23系列增益放大器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電子設(shè)備的設(shè)計中，放大器是不可或缺的關(guān)鍵組件，它可以對電信號進(jìn)行放大，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。在眾多放大器產(chǎn)品中，MAXIM推出的SOT23封裝的Rail - to - Rail、Fixed - Gain GainAmps/Open - Loop Op Amps系列產(chǎn)品憑借其出色的性能和豐富的特性，受到了廣大電子工程師的青睞。今天，我們就來深入了解一下這個系列的放大器。

文件下載：MAX4281.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX4174/MAX4175/MAX4274/MAX4275 GainAmp?系列將低成本的Rail - to - Rail?運算放大器與精密的內(nèi)部增益設(shè)置電阻以及VCC / 2偏置相結(jié)合。工廠微調(diào)的片上電阻不僅減小了設(shè)計尺寸、降低了成本和簡化了布局，還能提供0.1%的增益精度。該系列提供從 - 0.25V/V到 - 100V/V的固定反相增益或從 + 1.25V/V到 + 101V/V的同相增益選擇。這些器件采用單 + 2.5V至 + 5.5V電源供電，僅消耗300μA的電流。

這個放大器系列有三種版本：

1. 單/雙/四通道開環(huán)、單位增益穩(wěn)定（MAX4281/MAX4282/MAX4284）。
2. 單/雙通道固定增益（MAX4174/MAX4274）。
3. 單/雙通道固定增益且同相輸入端具有內(nèi)部VCC / 2偏置（MAX4175/MAX4275），這種版本簡化了單電源設(shè)計中的輸入偏置。

二、產(chǎn)品特性

2.1 內(nèi)部精密增益設(shè)置電阻

GainAmp系列在SOT23封裝（MAX4174/5）中提供內(nèi)部精密增益設(shè)置電阻，能實現(xiàn)0.1%的增益精度（RF/RG），并且有54種標(biāo)準(zhǔn)增益可供選擇（MAX4174/5, MAX4274/5）。這使得工程師在設(shè)計時無需額外配置增益電阻，大大簡化了電路設(shè)計。

2.2 軌到軌輸出

輸出能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動，并且可以驅(qū)動1kΩ負(fù)載，同時保持出色的直流精度。這意味著在不同的電源電壓下，輸出信號能夠接近電源軌，提高了信號的動態(tài)范圍。

2.3 內(nèi)部VCC / 2偏置

MAX4175/MAX4275具有內(nèi)部VCC / 2偏置功能，對于單電源設(shè)計非常有用。它可以消除交流耦合應(yīng)用中的外部偏置電阻，使單電源系統(tǒng)的運算放大器軌到軌輸出獲得最大信號擺幅。

2.4 寬電源電壓范圍和低功耗

該系列產(chǎn)品的電源電壓范圍為 + 2.5V至 + 5.5V，適用于多種電源供電場景。而且每個放大器的供電電流僅為300μA，非常適合對功耗要求較高的便攜式設(shè)備。

2.5 高增益帶寬積

部分版本的增益帶寬積（GBW）可達(dá)23MHz，能夠滿足高速信號處理的需求。例如，在一些需要快速響應(yīng)的信號放大應(yīng)用中，高GBW可以保證信號不失真地放大。

2.6 輸入故障保護(hù)

輸入具有 ± 17V的故障保護(hù)功能，即使輸入電壓超出正常范圍，也不會導(dǎo)致輸出相位反轉(zhuǎn)，同時保護(hù)了放大器和信號源免受損壞。

2.7 容性負(fù)載穩(wěn)定性

在不使用隔離電阻的情況下，該系列放大器對高達(dá)470pF的容性負(fù)載具有穩(wěn)定性。這對于驅(qū)動一些具有容性特性的負(fù)載非常重要，能夠保證電路的穩(wěn)定運行。

三、電氣特性

3.1 固定增益放大器（MAX4174/MAX4175/MAX4274/MAX4275）

• 電源電壓范圍：2.5V至5.5V，保證了在不同電源條件下的正常工作。
• 供電電流：在不同電源電壓下，每個放大器的供電電流有所不同，但總體較低，如Vcc = 3V時，MAX4174/MAX4274的供電電流典型值為300μA。
• 輸入失調(diào)電壓：典型值為 ± 0.5mV，輸入失調(diào)電壓漂移為 ± 5μV/°C，保證了輸入信號的準(zhǔn)確性。
• 增益帶寬：不同增益下的 - 3dB帶寬不同，例如增益為 + 1.25V/V時， - 3dB帶寬為1700kHz。

3.2 開環(huán)運算放大器（MAX4281/MAX4282/MAX4284）

• 電源電壓范圍：同樣為2.5V至5.5V。
• 供電電流：VCC = 3V時，典型值為290μA；VCC = 5V時，典型值為320μA。
• 輸入失調(diào)電壓：典型值為 ± 0.5mV，輸入失調(diào)電流為 ± 10pA。
• 增益帶寬積：為2MHz，適用于一些對帶寬要求不是特別高的開環(huán)應(yīng)用。

四、典型應(yīng)用

4.1 便攜式儀器

由于該系列產(chǎn)品具有低功耗、小封裝的特點，非常適合用于便攜式儀器中，如手持萬用表、便攜式傳感器等。在這些設(shè)備中，放大器可以對微弱的信號進(jìn)行放大，同時保證設(shè)備的長時間續(xù)航。

4.2 智能卡讀卡器

智能卡讀卡器需要對卡片發(fā)出的微弱信號進(jìn)行放大和處理。該系列放大器的高精度和高增益特性可以滿足智能卡讀卡器對信號處理的要求，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀取。

4.3 紅外接收器

在遙控設(shè)備的紅外接收器中，放大器可以對紅外信號進(jìn)行放大，提高接收器的靈敏度。該系列放大器的快速響應(yīng)和高增益帶寬積能夠保證紅外信號的準(zhǔn)確接收和處理。

4.4 低側(cè)電流檢測

在一些電路中，需要對電流進(jìn)行檢測。該系列放大器可以用于低側(cè)電流檢測電路中，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號進(jìn)行放大和處理。

五、設(shè)計要點

5.1 輸入電壓范圍

在使用MAX4174/MAX4175/MAX4274/MAX4275時，要注意其反相輸入電壓范圍與同相輸入電壓范圍不同。反相輸入必須在電源軌之內(nèi)，否則可能會導(dǎo)致信號失真。如果需要檢測超出電源軌的電壓，可以使用MAX4281/MAX4282/MAX4284開環(huán)運算放大器。

5.2 信號耦合和配置

常見的運算放大器配置有同相和反相放大器。在單電源系統(tǒng)中，MAX4175/MAX4275的內(nèi)部VCC / 2偏置可以提供一個靜態(tài)直流電平，使輸出信號的擺動范圍最大化。對于雙電源系統(tǒng)，接地參考信號可以直流耦合到反相或同相輸入端。

5.3 電源旁路和電路板布局

為了減少電源噪聲和電感，建議在電源引腳附近使用0.1μF的電容進(jìn)行旁路。同時，使用低電感的接地平面的印刷電路板可以提高電路的穩(wěn)定性。

5.4 容性負(fù)載驅(qū)動

當(dāng)驅(qū)動較大的容性負(fù)載時，可以在運算放大器的輸出端串聯(lián)一個隔離電阻，以提高電路的相位裕度，保證電路的穩(wěn)定性。

六、總結(jié)

MAXIM的SOT23系列Rail - to - Rail、Fixed - Gain GainAmps/Open - Loop Op Amps具有多種優(yōu)異的特性和豐富的應(yīng)用場景。電子工程師在設(shè)計電路時，可以根據(jù)具體的需求選擇合適的產(chǎn)品版本，并注意設(shè)計過程中的要點，以充分發(fā)揮該系列放大器的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電路設(shè)計。你在使用類似放大器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。