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高压OP-AMP IC的改进

文章：Bill Schweber

尽管我们对低压设计的固定，但有许多应用程序本身需要更高的电压和运算放大器来支持它们。

这些天的大量模拟电路对话以低功耗和低压考虑为中心。当然，对于运算放大器（OP AMP）来说是有道理的，因为这些基本的模拟构建块通常用作往往在1V范围内的低级传感器信号的缓冲器或放大器。

尽管如此，仍有很大一部分模拟功率相关电路致力于控制更高的电压。在某些情况下，这是一个支持有效的电力传输的问题，因为更高的电压需要更少的电流为给定的功率水平，从而导致更少的IR电压降和I²r功率损失。然而，对于许多这些高压应用，它不是权力本身的问题;相反，它只是由于物理定律，即使电流低或适度，也需要更高的电压。在应用中是广泛使用的压电传感器，用于超声系统，基于压电的精密纳米定位器，LIDAR系统中的雪崩光电二极管（APDS），单光子雪崩二极管（SPAD）的偏置和半导体自动测试设备（ATE）。

这不是很久以前，调整运算放大器在大约50V或更高左右交付电压是一项挑战。它通常是通过在15到24-V范围内的标准运算放大器之后完成的，然后通过离散晶体管提高其输出。这可能原理看起来简单，PNP和NPN设备（图1)。然而，实现对称性的性能困难，更好的电路需要更多被动评论（图2)。

图1该基本电路使用一对互补的离散晶体管来提高低压运算放大器的输出摆动。来源:DIYstompboxes /简单机械论坛

图2一个改进的升压电路需要更多的组件，以确保在输出摆动范围内的对称和线性性能。来源:参考1;图9

充分描述所有负载和其他条件下的性能非常耗时，需要基于这些添加的组件不可避免的公差进行分析。也有预封装的混合设备，有效地为更高的电压;这些使用了一个运放与必要的相关组件封装在一个小的包装，看起来像一个运放，但具有更高的电压能力，过载和热保护以及。

幸运的是，在过去的几年中，IC厂商已经努力克服了限制模拟元件只能使用较低电压的工艺限制。例如，德州仪器公司的OPA462高压(180V)，大电流(30ma典型，最大45ma)运放工作在±6V (12V)到±90V (180V)双极电源，并具有6.5 MHz增益带宽产品和32V/μs (图3)。包的小尺寸是相当令人印象深刻的，身体大小约为5×4毫米(外加外部引线)。

图3德州仪器公司的OPA462运放可以提供±90V输出，同时提供30ma的典型输出。来源:德州仪器公司

TI不是最近进入这些高压运算放大器的区域。Analog Devices具有ADHV4702-1，可以使用对称或非对称耗材的24V-to-220V精密运算放大器（图4)。该运放具有高达74V/μs的典型转换速率和10 mhz的小信号带宽。12引线设备的尺寸仅为7×7 mm，符合IEC 61010-1“测量、控制和实验室使用电气设备的安全要求-第1部分:一般要求”(参考文献2和3)所要求的间距。

图4来自Analog Devices的ADHV4702-1是一个220 v设备，可以使用对称或非对称双极电源。来源:参考7;第3页

不幸的是，即使在电力相关的EE程序中，也没有多大的讨论或实践研究这些高压运算放大器或设计情况。I know there is a lot of material to cover, and it’s easy to sit here at a keyboard and proclaim that such-and-such should be added to the curriculum when there are only 24 hours in the day and many demands on students’ and teachers’ time. Still, they have subtleties such as the need for a guard ring around the non-inverting input and to be driven to a potential which tracks the input to minimize leakage from nearby pins.

所以，我想知道为什么人们缺乏关注。是因为高电压模拟被视为利基中的利基，学生们更需要关注运放的基础知识吗?或者，即使学生实验室不必遵守适用于商业销售产品的漏电和清除规定(参考文献4和5)，运行具有较高电压的实验室也是一种真正的风险?

您是否曾参与过使用更高电压的运算放大器？你是如何完成目标的？模拟/电力EE学生应该与一些动手互动一起介绍它们吗？

比尔Schweber他写过三本教科书、数百篇技术文章、观点专栏和产品特性。

参考