OP113：低噪声、低漂移单电源运算放大器的卓越之选

OP113/OP213/OP413：低噪声、低漂移单电源运算放大器的卓越之选

在电子设计领域，运算放大器是极为关键的基础元件，其性能优劣直接影响整个系统的表现。今天我们要深入探讨的是Analog Devices公司的OP113/OP213/OP413系列低噪声、低漂移单电源运算放大器，它在众多应用场景中展现出了卓越的性能。

文件下载：OP113.pdf

一、核心特性

供电灵活性

该系列放大器支持单电源或双电源供电，单电源供电范围为4V至36V，这使得它能适应不同的电源配置，满足多样化的设计需求。在实际应用中，很多系统采用单电源供电，如常见的5V或12V电源，OPx13系列能在这些电源条件下稳定工作，为设计带来了极大的便利。

低噪声与低漂移

噪声和漂移是衡量运算放大器性能的重要指标。OPx13系列在这两方面表现出色，典型噪声密度仅为4.7 nV/√Hz @ 1 kHz，极低的噪声有助于提高信号的分辨率和精度。同时，其漂移非常低，仅为0.2 μV/°C，这意味着在不同的温度环境下，放大器的性能依然稳定，减少了因温度变化带来的误差。

宽带宽与高增益

具有3.4 MHz的宽带宽，能够处理高频信号，适用于对信号带宽要求较高的应用。并且它是单位增益稳定的，增益带宽积典型值为3.4 MHz，压摆率超过1 V/μs，能够快速响应输入信号的变化。

输入输出特性良好

输入失调电压低至100 μV，输入共模范围在整个电源范围内包括负电源，且接近正电源1V以内。输出电压摆幅也能覆盖负电源，接近正电源轨1V以内，输出能够在其范围内吸收和提供电流，在600 Ω负载下有明确的性能指标。

二、应用领域

测量与检测

在数字秤和应变计应用中，OPx13系列的低噪声和低漂移特性能够显著提高测量的精度和稳定性。它可以作为传感器信号的放大器，将微弱的传感器信号进行放大，同时减少噪声和漂移对测量结果的影响。

多媒体设备

在多媒体系统中，如音频处理、耳机放大器、麦克风放大器等，低噪声是保证音质的关键。OPx13系列能够为这些设备提供低噪声的放大功能，确保音频信号的高质量传输和处理。

电池供电仪器

对于电池供电的仪器，需要放大器具有低功耗和良好的性能。OPx13系列在单电源供电下能够保持低噪声和高精度性能，有效延长电池的使用寿命，同时满足仪器对测量精度的要求。

温度传感器放大器

在温度测量领域，能够精确地放大温度传感器的输出信号，其低漂移特性可以减少因温度变化引起的测量误差，提高温度测量的准确性。

三、电气特性详解

不同电源条件下的参数

文档中详细给出了在(V{S}= pm 15.0 V)和(V{S}=5.0 V)两种电源条件下的电气特性参数。例如，在(V{S}= pm 15.0 V)、(T{A}=25^{circ} C)时，输入失调电压(V{os})的典型值为75 μV至225 μV，共模抑制比在(-15Vleq V{CM}leq +14V)时可达100 dB至116 dB。在(V{S}=5.0 V)、(T{A}=25^{circ} C)时，不同型号的输入失调电压也有明确的范围，如OP113在(-40^{circ} C leq T_{A} leq +85^{circ} C)时为125 μV至250 μV。

音频性能

音频性能方面，总谐波失真加噪声（THD + Noise）在(V{IN}=3V{rms})、(R_{L}=2kOmega)、(f = 1 kHz)时典型值为0.0009%，电压噪声密度在不同频率下也有相应的指标，如(f = 10 Hz)时为9 nV/√Hz，(f = 1 kHz)时为4.7 nV/√Hz。

动态性能

动态性能上，压摆率在(R_{L}=2kOmega)时为0.6 V/μs至1.2 V/μs，增益带宽积为3.4 MHz至3.5 MHz，建立时间根据不同的条件有相应的数值。

四、引脚配置与封装

OP113采用8引脚窄体SOIC_N封装，OP213有8引脚窄体SOIC_N和8引脚PDIP两种封装形式，OP413则采用16引脚宽体SOIC_W封装。不同的封装形式适用于不同的应用场景和安装需求，工程师可以根据实际情况进行选择。

五、典型应用电路

高精度工业称重传感器放大器

利用OPx13系列可以构建高精度的工业称重传感器放大器。其低噪声特性能够提高信号分辨率，允许称重传感器在较小的输出范围内工作，从而减少非线性误差。通过合理配置电阻，可以实现对共模信号的有效抑制。

低电压单电源应变计放大器

在单电源5V供电的情况下，OPx13系列能够准确地放大应变计电桥的信号。配合其他元件，如OP295放大器，可以产生稳定的电桥电压，提高电桥输出信号的幅度，同时不增加电桥输入的功耗。

高精度线性化RTD温度计放大器

对于电阻温度传感器（RTD）的放大，通过特定的电路设计，如将电桥的左右两侧分别伺服到虚拟地电压和0V，可以消除放大器因共模电压变化产生的误差。利用正反馈将输出电压的一部分反馈到RTD，可以实现RTD的线性化，使放大器输出与RTD温度呈线性关系。

高精度热电偶放大器

在热电偶测量中，OPx13系列的低噪声特性使得温度测量分辨率能够达到优于0.02°C，在0°C至1000°C的范围内实现高精度测量。通过使用廉价的硅二极管进行冷端补偿，可以有效校正冷端误差。

超低噪声单电源仪表放大器

使用OPx13系列可以构建超低噪声的单电源仪表放大器。选用高精度、低漂移的电阻可以提高共模抑制比，使放大器在单电源供电下依然能够保持良好的性能。

电源分路器电路

OPx13系列可作为理想的伪地参考发生器，其良好的频率响应特性使其能够作为电压跟随器缓冲器。通过驱动大电容作为电荷存储库，可以减少瞬态负载变化的影响，同时在高频下提供低阻抗输出。

低噪声电压基准

作为两极有源滤波器，OPx13系列可以对2.5V参考电压的噪声进行带限处理，总噪声仅为3 μV p-p，为系统提供低噪声的电压基准。

5V仅立体声DAC多媒体应用

在多媒体系统的立体声DAC音频再现或声音合成应用中，OPx13系列的低噪声和单电源供电能力能够很好地满足需求。它可以保持AD1868等DAC的18位动态范围，为用户提供高质量的音频体验。

低电压耳机放大器

对于AD1849等16位立体声编解码器设备的耳机输出放大器，OPx13系列可以利用其内部产生的共模电压作为伪参考电压，为耳机输出放大器提供方便的偏置。

低噪声多媒体麦克风放大器

作为低噪声麦克风前置放大器，OPx13系列适用于低电压音频应用。在AD1849 16位立体声编解码器芯片的应用中，其共模输出缓冲器可以作为麦克风的幻象电源驱动器。

精密电压比较器

由于其PNP输入和0V共模能力，OPx13系列可以作为有用的电压比较器。与标准的IC比较器相比，虽然速度略有损失，但在电压精度方面具有显著优势，如失调电压(V_{os})可以低至几百微伏甚至更小，共模抑制比和电源抑制比超过100 dB。

六、使用注意事项

相位反转保护

只要两个输入都在电源范围内，OPx13系列就可以防止相位反转。但如果输入有可能低于负电源（单电源情况下为地），则应使用串联电阻来限制输入电流至2 mA，以保护放大器。

OP113失调调整

OP113具有外部失调调整功能，通过使用行业标准的配置，将1引脚和5引脚与总电阻为10 kΩ的电位器配合使用，电位器的滑动端连接到V−（单电源应用中为地）。使用这种配置，总调整范围约为±2 mV。但需要注意的是，将失调调整到0对失调漂移影响较小（假设电位器的温度系数小于1000 ppm/°C），而偏离0调整会导致每毫伏感应失调产生约3.3 μV/°C的温度系数。因此，一般不建议使用这种调整来补偿OP113外部产生的系统误差。如果需要调整，将调整电位器减小到2 kΩ可以得到更合理的±400 μV调整范围。

ESD防护

该系列产品是静电放电（ESD）敏感设备，尽管具有专利或专有保护电路，但高能量ESD仍可能对器件造成损坏。因此，在使用过程中应采取适当的ESD防护措施，以避免性能下降或功能丧失。

OP113/OP213/OP413系列运算放大器凭借其低噪声、低漂移、宽带宽等优异特性，以及丰富的应用电路和灵活的供电方式，在众多电子应用领域中具有广阔的应用前景。工程师在设计过程中，应根据具体的应用需求和电路要求，合理选择和使用该系列放大器，充分发挥其性能优势。同时，要注意使用过程中的各种注意事项，确保系统的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似放大器的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。