Nové operační zesilovače s nízkým příkonem od STMicroelectronics®

Operační zesilovače (OZ) jsou v dnešních konstrukcích používány velmi často díky snadnému použití a obrovské šíři nabídky, takže není velký problém najít ten nejvhodnější pro danou aplikaci.

Oblastí, pro kterou vzniká mnoho nových typů OZ, je oblast bateriově napájených zařízení, pro kterou jsou potřeba operační zesilovače s nízkým napájecím napětím a velmi nízkou spotřebou. Právě k těmto typům operačních zesilovačů patří i nové rodiny OZ od firmy STMicroelectronics® s označením TSV61x, TSV62x, TSV63x a TSV6x9x. Tyto operační zesilovače nacházejí široké uplatnění v řadě aplikací, které jsou převážně napájeny z baterií, jako jsou například detektory různých plynů či kouře, měřicí přístroje či dnes velmi oblíbené mobilní telefony. Jelikož u některých aplikací není třeba, aby byl operační zesilovač stále zapnutý, jsou některé verze operačních zesilovačů s nízkým příkonem vybaveny ještě dalším mechanismem, který umožňuje dále snížit spotřebu operačního zesilovače téměř na nulovou hodnotu. Touto možností jsou vybaveny OZ TSV620, TSV630, TSV6290 či TSV6293, TSV6295 a TSV6390. Spotřeba operačního zesilovače v tzv. „shutdown“ režimu je typicky kolem 5 nA při napájecím napětí 5 V. Na druhou stranu nesmíme zapomenout, že cena těchto zesilovačů je o něco vyšší. Spotřeba sice patří u aplikací napájených z baterií mezi velmi sledované parametry, ale u operačních zesilovačů nepatří mezi nejdůležitější parametry. K důležitým parametrům patří například vstupní napěťový offset, vstupní proudy invertujícího a neinvertujícího vstupu, šířka pásma (GBP) a rychlost přeběhu. Pojďme se podívat na to, jakými parametry disponují zmiňované operační zesilovače.

Porovnáme-li například hodnoty vstupního napěťového offsetu nových zesilovačů, s překvapením zjistíme, že ač jsou tyto OZ vyrobeny CMOS technologií, tak se hodnoty pohybují na velmi nízkých hodnotách, které byly donedávna doménou operačních zesilovačů vyrobených bipolární technologií. Vstupní napěťový offset se u představovaných OZ pohybuje typicky do 3 mV u standardních variant a u výběrové varianty A pouze do 500 μV. Srovnáme-li hodnotu varianty A s hodnotami staršího kvalitního bipolárního přístrojového operačního zesilovače, jakým byl typ 725, zjistíme, že jsou obě maximální hodnoty shodné!

Vstupní proudy jsou díky zmiňované technologii velmi nízké, typicky kolem 1 pA, což rozšiřuje pole možného využití těchto zesilovačů i na případy, kdy měřený objekt má vysokou výstupní impedanci.

Parametrem, který bývá v některých případech podceňován, je maximální kmitočet, který dokáže OZ zpracovat v závislosti na zesílení a který je označován jako GBP. Tento parametr odráží jednak kvality technologie použité při výrobě, tak kvalitu návrhu vlastního zapojení operačního zesilovače. U nízkopříkonových OZ, jakými jsou i představované rodiny, je maximální kmitočet silně ovlivněn spotřebou a platí, že čím nižší spotřebu ten který OZ má, tím je i jeho GBP nižší. Zatímco u řady TSV61x s maximální spotřebou 10 μA/OZ je GBP 120 kHz, tak u řady TSV62x s téměř třikrát vyšší spotřebou (29 μA/OZ) je už GPW typicky 420 kHz. U řady TSV63x, která má spotřebu typicky 60 μA/OZ, je GBP dokonce typicky 880 kHz. Při výběru OZ však musíme dávat pozor na vzájemnou provázanost všech parametrů. Řada TSV629x0 dosahuje typického GBP 1,3 MHz při průměrné spotřebě 29 μA/OZ, což je lepší výsledek než u srovnatelné řady TSV62x, ale vstupní napěťový offset je naopak horší, typicky 800 μV u verze A. Jakkoli by se mohlo zdát, že čím vyšší GBP, tím lépe, nemusí tomu být tak vždy, neboť při používání řad TSV6x9x si musíme dát velký pozor na to, zda uvažované zapojení splňuje požadavky na stabilitu OZ, protože zatímco OZ TSV61x, TSV62x a TSV63x jsou stabilní již od zesílení ±1, typy TSV6x9x, které mají sice vyšší GBP, jsou stabilní při zesílení menším než –3 nebo vyšším než 4!

Přes nízkou vlastní spotřebu jsou tyto OZ schopny budit i zátěže s nízkou impedancí. Z tohoto hlediska jsou na tom nejlépe rodiny TSV63x a TSV639x, u kterých může být při napájecím napětí 5 V výstupní proud až 63 mA!

Návrh interního zapojení byl optimalizován též na velikost napájecího napětí. Rozsah napájecího napětí je od pouhých 1,5 V až do 5 V, takže např. zařízení s jedním Li-Ion článkem 3,7V jsou ideálními aplikacemi pro tyto OZ!

Návrh interního zapojení byl optimalizován nejen s ohledem na nízkou spotřebu, ale též s ohledem na požadavek nízkého napájecího napětí, takže představované OZ jsou schopny pracovat s napájecím napětím v rozsahu od pouhých 1,5 V až do 5 V! Dá se tedy říci, že jsou ideálními kandidáty například pro zařízení, kde jako zdroj energie jsou použity jednočlánkové Li-Ion (Li-Pol) akumulátory s napětím 3,7 V.

Představované OZ jsou moderní i z hlediska volby pouzder. Jednoduché typy najdeme totiž v pouzdrech SOT23-5 či SOT23-6 (SC70-5 či SC70-6), což jsou pouzdra, která se běžně používají pro tranzistory (SOT23 se třemi vývody). Dvojnásobná varianta OZ používá již méně exotická pouzdra SO-8 (MiniSO-8).

Bezproblémové nasazení představovaných OZ v řadě náročných aplikací umožňuje široký rozsah pracovních teplot, který sahá od –40°C až do +85°C, přičemž některé typy mají rozsah rozšířený až do +125°C. Taktéž odolnost vůči statickému výboji je u řady typů velmi vysoká a sahá až ke 4 kV měřeného klasickým HBM.

Aktuální informace o novinkách od firmy STMicroelectronics® nejen z této, ale i mnoha dalších oblastí, můžete najít na webových stránkách www.st.com. Cenové nabídky je pak možné vyžádat u distributorů.