高性能低噪声四运放OP470：特性、测量及应用全解析

在电子电路设计领域，运算放大器是不可或缺的基础元件。今天我要为大家详细介绍一款高性能的低噪声四运放——OP470，它在低噪声放大、数字平移控制等多种应用场景中都有着出色的表现。

文件下载：OP470.pdf

一、OP470的关键特性

1. 优异的噪声性能

OP470具有极低的电压噪声，在1kHz时最大仅为5nV/√Hz，这一特性使它在对噪声要求极高的应用中表现卓越。不过它在获得出色电压噪声性能的同时，牺牲了一定的电流噪声性能，这也是低噪声放大器常见的权衡。

2. 精准的直流特性

其输入失调电压低于0.4mV，失调电压漂移小于2μV/°C，并且在整个军用温度范围内都能得到保证。开环增益在10kΩ负载下超过1,000,000，能够确保出色的增益精度和线性度，即使在高增益应用中也能稳定工作。

3. 高共模抑制比和电源抑制比

OP470的共模抑制比（CMR）超过110dB，电源抑制比（PSRR）小于1.8mV/V，这使得它能够显著降低由于接地噪声和电源波动引起的误差，提高电路的稳定性。

4. 低功耗优势

与四个OP27相比，四运放OP470的功耗降低了一半，这对于对功耗敏感的应用来说是一个显著的优势。

5. 良好的放大器匹配

OP470在多个增益模块、低噪声仪表放大器、四缓冲器和低噪声有源滤波器等应用中，其出色的放大器匹配特性能够保证电路的性能。

二、引脚连接与封装形式

OP470提供多种封装形式，包括14引脚陶瓷双列直插封装（Y后缀）、16引脚SOIC封装（S后缀）和14引脚塑料双列直插封装（P后缀），并且符合行业标准的14引脚DIP引脚排列，与LM148/149、HA4741、HA5104和RM4156等四运放引脚兼容，方便对现有系统进行升级。

三、电气特性详解

OP470有不同的型号，如OP470A/E、OP470F、OP470G等，它们在输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、大信号电压增益等电气特性上存在一定的差异。例如，OP470A/E的输入失调电压典型值为0.1mV，最大值为0.4mV；而OP470F的典型值为0.2mV，最大值为0.8mV。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的型号。

四、噪声特性及测量

1. 电压和电流噪声关系

OP470通过在高集电极电流下运行输入晶体管来实现低电压噪声，但这也导致电流噪声与集电极电流的平方根成正比。为了获得最佳的噪声性能，需要理解电压噪声（(e{n})）、电流噪声（(i{n})）和电阻噪声（(e_{t})）之间的关系。

2. 总噪声计算

总噪声可以通过公式 (E{n}=sqrt{(e{n})^{2}+(i{n}R{S})^{2}+(e{t})^{2}}) 计算，其中 (E{n}) 是总输入参考噪声，(e{n}) 是运放电压噪声，(i{n}) 是运放电流噪声，(e{t}) 是源电阻热噪声，(R{S}) 是源电阻。当源电阻 (R{S}<1kΩ) 时，总噪声主要由OP470的电压噪声决定；当 (R{S}) 超过1kΩ时，总噪声增加且主要由电阻噪声决定；当 (R_{S}) 超过20kΩ时，OP470的电流噪声成为总噪声的主要贡献者。

3. 噪声测量方法

• 峰 - 峰电压噪声测量：在测量0.1Hz至10Hz范围内200nV峰 - 峰噪声时，需要注意器件预热至少五分钟、屏蔽气流、避免附近突然运动、测试时间不超过10秒、推荐进行噪声电压密度测试以及使用低噪声电源等。
• 噪声电压密度测量：通过将四个放大器串联连接，除最后一个放大器为非反相增益101外，其余均为单位增益，可快速可靠地测量噪声电压密度。
• 电流噪声密度测量：使用特定的测试电路，根据公式 (i{n}=frac{sqrt{(frac{e{nOUT}}{G})^{2}-(40nV/sqrt{Hz})^{2}}}{R_{S}}) 计算电流噪声密度。

五、驱动容性负载和电源考虑

1. 容性负载驱动

OP470是单位增益稳定的，能够在不产生振荡的情况下驱动大容性负载。但为了减少电源线路噪声带来的问题并提高其驱动容性负载的能力，建议进行良好的电源旁路。通过添加C1和R3等元件，可以将放大器与负载电容解耦，提供额外的稳定性。

2. 电源连接注意事项

当OP470的反相或同相输入由低源阻抗（低于100Ω）驱动或接地时，如果先施加V + 或断开V - ，会有过大的寄生电流流动。为了限制寄生电流，可以在所有输入串联至少100Ω的源电阻，但这会增加电路噪声。在对噪声要求严格的情况下，可以使用锗或肖特基二极管来钳位V - 引脚，以消除寄生电流流动。

六、应用案例

1. 低噪声放大器

通过并联放大器的方式可以降低放大器的噪声。如图所示的电路中，每个并联放大器和整个电路的增益均为1000，在1kHz时放大器噪声约为 (2nV/sqrt{Hz}) （R.T.I.）。200Ω电阻可以限制环流，并提供50Ω的有效输出电阻。该放大器在10nF容性负载下稳定，能够提供最大30mA的输出驱动。

2. 数字平移控制

利用DAC - 8408四通道8位DAC实现信号在两个通道之间的平移。DAC - 8408的两个互补DAC电流输出驱动由单个四运放OP470构成的电流 - 电压转换器，放大器输出互补，其幅度取决于应用于DAC的数字代码。该数字平移控制的失真小于0.01%。

3. 静噪放大器

使用FET开关在输入信号低于预设限制时切断输出。输入信号由峰值检测器采样，当峰值检测器的输出低于阈值电压时，比较器驱动N通道FET导通，将反相放大器的增益降至零。

4. 五频段低噪声立体声图形均衡器

该图形均衡器电路在5个频段范围内提供15dB的增益或衰减，在20kHz带宽内的信噪比优于100dB（参考3V rms输入）。

OP470以其优异的性能和丰富的应用场景，为电子工程师在电路设计中提供了一个强大的工具。但在实际应用中，我们还需要根据具体需求充分考虑其各项特性和注意事项，以实现最佳的电路性能。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流讨论。