低噪声JFET输入运算放大器LT1793：性能与应用解析

在电子工程师的设计工作中，运算放大器的性能直接影响着整个电路系统的表现。今天要给大家介绍的是Linear Technology Corporation推出的一款低噪声、皮安级偏置电流的JFET输入运算放大器——LT1793，它在高阻抗传感器应用领域表现出色。

文件下载：LT1793.pdf

卓越特性，树立新标杆

低噪声性能

LT1793在JFET运算放大器的噪声性能方面达到了新的卓越标准。它首次同时提供低电压噪声（6nV/√Hz）和极低的电流噪声（0.8fA/√Hz），为高阻抗传感器应用提供了最低的总噪声。在高阻抗传感器应用中，总输出噪声是增益乘以运算放大器输入参考电压噪声、传感器热噪声以及运算放大器输入偏置电流噪声乘以传感器阻抗的均方根之和。当源电阻较低（<5kΩ）时，运算放大器的电压噪声将主导总噪声，此时LT1793优于大多数JFET运算放大器；当源电阻从5kΩ增加到50kΩ时，传感器的热噪声开始主导总噪声，LT1793的噪声性能可与最佳的双极型运算放大器相匹配；而当源电阻进一步增加（>50kΩ）时，运算放大器的电流噪声分量将最终主导总噪声，由于FET输入运算放大器固有的低电流噪声，LT1793将优于最低噪声的双极型运算放大器。

低输入偏置电流与高输入电阻

与大多数JFET运算放大器不同，LT1793在整个共模范围内保持极低的输入偏置电流（典型值为3pA），这使得它具有极高的输入电阻（ (10^{13} Omega) ）。同时，其极低的输入电容（1.5pF）与高输入电阻相结合，产生了极高的输入阻抗，使其成为放大高阻抗传感器低电平信号的首选。而且，低输入电容在缓冲高阻抗传感器的交流信号时，还能确保高增益线性度。

其他关键特性

• 增益带宽积：典型值为4.2MHz，在±5V电源下有保证的规格。
• 无条件稳定性：对于增益为1或更高的情况，即使带有1000pF的容性负载，LT1793也能无条件稳定。
• 高电压增益：最小为100万，部分情况下甚至超过400万。
• 低失调电压：最大为1mV，在不同温度和电源条件下也有较好的表现。

丰富应用，满足多样需求

传感器信号放大

• 光电流放大器：LT1793的低噪声和高输入阻抗特性使其非常适合用于光电流放大。在光传感器应用中，它能够准确地放大微弱的光电流信号，为后续的信号处理提供可靠的输入。
• 水听器放大器：水听器通常具有高阻抗特性，LT1793的低噪声和高输入阻抗能够有效地放大水听器输出的微弱信号，提高信号的质量和可检测性。
• 高灵敏度压电加速度计：压电加速度计输出的信号通常很微弱，且具有高阻抗。LT1793能够很好地匹配其特性，放大加速度计输出的信号，为振动监测等应用提供准确的数据。

仪器放大器前端

• 低电压和电流噪声仪器放大器前端：在仪器仪表应用中，对噪声的要求非常严格。LT1793的低噪声特性使其成为低电压和电流噪声仪器放大器前端的理想选择，能够提高仪器的测量精度和分辨率。
• 二运放和三运放仪器放大器：在二运放和三运放仪器放大器电路中，LT1793可以作为关键的放大元件，提供稳定的增益和低噪声性能，确保整个放大器系统的性能。

有源滤波器

LT1793的高增益带宽积和稳定性使其适合用于有源滤波器设计。在滤波器电路中，它能够提供所需的增益和频率响应，实现对特定频率信号的滤波处理。

电气特性，适应不同环境

不同温度和电源条件下的性能

文档中详细给出了LT1793在不同温度（ (T{A}=25^{circ} C) 、 (0^{circ} C ≤T{A} ≤70^{circ} C) 、 (-40^{circ} C ≤T{A} ≤85^{circ} C) ）和电源（ (V{S}= pm 15 ~V) 、 (V_{S}= pm 5 ~V) ）条件下的电气特性参数。例如，在输入失调电压、输入偏置电流、共模抑制比、电源抑制比等方面，都有明确的数值范围。这为工程师在不同的应用环境中选择合适的工作条件提供了依据。

典型性能曲线

文档中还给出了一系列典型性能曲线，如1kHz输入噪声电压分布、电压噪声与频率的关系、共模抑制比与频率的关系等。这些曲线直观地展示了LT1793在不同频率和工作条件下的性能表现，帮助工程师更好地理解和应用该器件。

应用优化，提升系统性能

与竞争产品对比

通过与OP215、AD822等竞争产品的对比，我们可以看到LT1793在输入偏置电流与共模范围的关系方面表现出色。在整个共模范围内，LT1793的输入偏置电流几乎保持不变，电流噪声也不会下降，这使得它在缓冲高阻抗传感器信号的应用中具有明显优势。

电荷放大器优化

在电荷放大器应用中，LT1793的高输入阻抗JFET前端使其非常适合。在反相模式下，增益取决于电荷守恒原理，通过合理选择反馈电容 (C{F}) 和传感器电容 (C{S}) ，可以实现所需的增益。在同相模式下，传感器电流通过传感器电容转换为电压变化，然后由LT1793进行缓冲。为了平衡直流失调，需要添加电阻 (R{B}) ，其最佳值由热噪声和电流噪声的平衡来确定。同时，并联电容 (C{B}) 用于消除运算放大器输入电容和 (R_{B}) 引起的相移。

降低电源操作

LT1793设计用于消除相位反转，在±5V电源下，即使输入信号超过共模范围，其输出也能干净地限幅并恢复，不会发生相位反转。这一特性有助于防止伺服系统锁定，并最小化失真分量。

封装与订购信息

文档提供了LT1793的两种封装形式：N8封装（8引脚PDIP）和S8封装（8引脚塑料小外形），并给出了详细的尺寸信息。同时，还列出了不同封装和型号的订购信息，方便工程师根据自己的需求进行选择。

典型应用电路

10Hz四阶切比雪夫低通滤波器

该滤波器采用LT1793设计，具有0.01dB的纹波。在输入信号为 (V{IN }=10 V{P-P}) 时，输出在 (f>330 Hz) 时为 -121dB，在 (f=16.3 Hz) 时为 -6dB。通过合理选择电阻和电容值，可以实现所需的滤波特性，同时较低的电阻值会导致较低的热噪声和较大的电容。

带直流伺服的加速度计放大器

该放大器使用LT1793对加速度计输出的信号进行放大。通过合理设计电路参数，如电阻和电容值，可以实现对加速度计信号的准确放大和处理。输出信号为0.8mV/pC（皮库仑），相当于8.0mV/g（地球重力常数），直流输出 ≤ 1.9mV，在1kHz时输出噪声为8nV/√Hz。

相关产品推荐

文档还列出了与LT1793相关的其他产品，如LT1113、LT1169、LT1467和LT1792等。这些产品在噪声性能、封装形式和功能上各有特点，工程师可以根据具体的应用需求进行选择。

总之，LT1793以其卓越的噪声性能、高输入阻抗和丰富的应用特性，为电子工程师在高阻抗传感器信号放大和处理等领域提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师可以根据具体的需求和工作条件，合理选择和优化电路设计，充分发挥LT1793的优势。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。