探索MC33171/72/74、NCV33172/74系列運算放大器的卓越性能
探索MC33171/72/74、NCV33172/74系列運算放大器的卓越性能
在電子工程領域，運算放大器作為基礎且關鍵的器件，廣泛應用于各類電路設計中。今天我們要深入探討的是ON Semiconductor推出的MC33171/72/74、NCV33172/74系列運算放大器，它憑借獨特的設計和出色的性能，在眾多同類產品中脫穎而出。
文件下載：onsemi NCV33172和NCV33174運算放大器.pdf
產品概述
MC33171/72/74、NCV33172/74系列采用了優質的雙極制造工藝與創新的設計理念。該系列放大器每個放大器的工作電流僅為180μA，卻能提供1.8MHz的增益帶寬積和2.1V/μs的壓擺率，且無需使用JFET器件技術。它既可以采用雙電源供電，也特別適合單電源工作，因為其共模輸入電壓范圍包含地電位（$V_{EE}$）。此外，該系列采用達林頓輸入級，具有高輸入電阻、低輸入失調電壓和高增益的特點；全NPN輸出級則無死區交越失真，輸出電壓擺幅大，具備高電容驅動能力、出色的相位和增益裕度、低開環高頻輸出阻抗以及對稱的源/灌交流頻率響應。
原理圖
產品特性
電氣特性
- 低電源電流：每個放大器僅需180μA的電源電流，非常適合低功耗應用。
- 寬電源工作范圍：支持3.0V至44V的單電源供電，或±1.5V至±22V的雙電源供電，為不同的電路設計提供了靈活性。
- 寬輸入共模范圍：輸入共模電壓范圍包含地電位，可實現低至3.0V的單電源工作。
- 高帶寬和壓擺率：擁有1.8MHz的帶寬和2.1V/μs的壓擺率，能夠滿足高速信號處理的需求。
- 低輸入失調電壓：典型值為2.0mV，確保了精確的信號放大。
- 大輸出電壓擺幅：在±15V電源供電時，輸出電壓擺幅可達 - 14.2V至 + 14.2V。
- 高電容驅動能力：能夠驅動0pF至500pF的電容負載，適應不同的負載需求。
- 低總諧波失真：總諧波失真僅為0.03%，保證了信號的高質量放大。
- 出色的相位和增益裕度：相位裕度為60°，增益裕度為15dB，確保了電路的穩定性。
- 輸出短路保護：具備輸出短路保護功能，增強了產品的可靠性。
- ESD保護：雙運放和四運放型號的輸入采用ESD二極管保護，提高了抗靜電能力。
其他特性
- 汽車級應用：NCV前綴的型號適用于汽車及其他有特殊場地和控制變更要求的應用，且通過了AEC - Q100認證，具備PPAP能力。
- 環保設計：該系列產品無鉛、無鹵素/無溴化阻燃劑，符合RoHS標準。
產品參數
最大額定值
| 額定值 | 符號 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 電源電壓 | $V{CC}/V{EE}$ | ±22 | V |
| 輸入差分電壓范圍 | $V_{IDR}$ | - | V |
| 輸入電壓范圍 | $V_{IR}$ | - | V |
| 輸出短路持續時間 | $t_{SC}$ | 無限 | s |
| 工作環境溫度范圍 | $T_{A}$ | - | °C |
| 工作結溫 | $T_{J}$ | +150 | °C |
| 存儲溫度范圍 | $T_{stg}$ | -65至 + 150 | °C |
直流電氣特性
| 在$V{CC}= + 15V$，$V{EE}= - 15V$，$R{L}$接地，$T{A}= + 25°C$的條件下，部分直流電氣特性參數如下： | 特性 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入失調電壓 | $V_{IO}$ | - | 2.0 | 4.5 | mV | |
| 輸入偏置電流 | $I_{IB}$ | - | 20 | 200 | nA | |
| 輸入失調電流 | $I_{IO}$ | - | 5.0 | 40 | nA | |
| 大信號電壓增益 | $A_{VOL}$ | 25 | 500 | - | V/mV | |
| 輸出電壓擺幅 | $V_{OH}$ | - | - | - | V | |
| $V_{OL}$ | - | - | - | V | ||
| 輸出短路電流 | $I_{SC}$ | - | - | - | mA | |
| 輸入共模電壓范圍 | $V_{ICR}$ | - | - | - | V | |
| 共模抑制比 | $CMRR$ | 80 | 90 | - | dB | |
| 電源抑制比 | $PSRR$ | 80 | 100 | - | dB | |
| 電源電流 | $I_{D}$ | - | 180 | 300 | μA |
交流電氣特性
| 在$V{CC}= + 15V$，$V{EE}= - 15V$，$R{L}$接地，$T{A}= + 25°C$的條件下，部分交流電氣特性參數如下： | 特性 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 壓擺率 | $SR$ | 1.6 | 2.1 | - | V/μs | |
| 增益帶寬積 | $GBW$ | 1.4 | 1.8 | - | MHz | |
| 功率帶寬 | $BW_{p}$ | - | 35 | - | kHz | |
| 相位裕度 | $\phi_{m}$ | - | 60 | 45 | ° | |
| 增益裕度 | $A_{m}$ | - | 15 | 5.0 | dB | |
| 等效輸入噪聲電壓 | $e_{n}$ | - | 32 | - | nV/√Hz | |
| 等效輸入噪聲電流 | $i_{n}$ | - | 0.2 | - | pA/√Hz | |
| 差分輸入電阻 | $R_{in}$ | - | 300 | - | MΩ | |
| 輸入電容 | $C_{in}$ | - | 0.8 | - | pF | |
| 總諧波失真 | $THD$ | - | 0.03 | - | % | |
| 通道隔離度 | $CS$ | - | 120 | - | dB | |
| 開環輸出阻抗 | $Z_{o}$ | - | 100 | - | Ω |
應用信息
電路優勢
該系列放大器的帶寬、壓擺率和建立時間與采用JFET輸入器件的低功耗運放產品相似，但由于采用了PNP晶體管差分輸入和全NPN晶體管輸出級，具有額外的優勢。輸入級的共模輸入電壓范圍包含$V_{EE}$電位，使得單電源工作低至3.0V成為可能，且輸入電容僅為0.8pF，遠低于典型JFET的3.0pF，大大增強了給定輸入源電阻下的頻率響應，在D - to - A電流到電壓轉換應用中表現出色。
輸入電壓范圍
輸入級允許高達±44V的差分輸入電壓，但輸入電壓必須在$V{CC}$和$V{EE}$電源電壓之間。在實際應用中，雖然不推薦，但輸入電壓超過$V{CC}$約3.0V或低于$V{EE}$ 0.3V時，雖可能導致輸出相位反轉，但不會損壞產品。
輸出級優勢
全NPN輸出級相對于傳統的NPN/PNP晶體管Class AB輸出級具有獨特優勢。在±15V電源供電時，10k負載電阻的輸出電壓擺幅可在正電源軌（$V{CC}$）和負電源軌（$V{EE}$）的0.8V范圍內，提供28.4Vpp的擺幅，在低電源電壓下更為明顯。
注意事項
- 電源極性：如果集成電路的電源極性接反，或IC在插座中安裝反向，會出現大的無限制電流浪涌，可能導致器件損壞。
- 布局設計：為了獲得最佳的頻率性能，應注意適當的引腳布局、元件放置和PCB布局。例如，長的無屏蔽輸入或輸出引腳可能導致不必要的輸入/輸出耦合；連接到輸入的電阻應緊鄰輸入引腳，以最小化額外的雜散輸入電容；電源引腳附近應使用足夠的電容進行去耦。
- 輸出短路：每個放大器的輸出都具有電流限制，可防止直接短路到地，但在這種情況下，要確保器件不超過最大結溫額定值。
應用電路示例
交流耦合非反相放大器
該電路采用單 + 5.0V電源供電，適用于需要交流信號放大的應用。
直流耦合反相放大器
此電路可實現直流信號的反相放大，輸出電壓擺幅最大。
有源高通陷波濾波器
用于濾除特定頻率的信號，在信號處理中具有重要應用。
訂購信息
訂購時，請參考數據手冊第9頁的封裝尺寸部分中的詳細訂購和運輸信息。
器件標記信息
關于器件標記的一般信息，請參考數據手冊第10頁的器件標記部分。
總結
MC33171/72/74、NCV33172/74系列運算放大器憑借其出色的電氣特性、寬電源工作范圍、低功耗、高帶寬和壓擺率等優勢，適用于多種應用場景，如汽車電子、工業控制、信號處理等。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理選擇型號，并注意布局設計和電源極性等問題，以充分發揮其性能優勢。你在使用該系列放大器時遇到過哪些問題或有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。
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