OP90：高精度、低压、低功耗运算放大器
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OP90：高精度、低压、低功耗运算放大器
主要特性
- 支持单/双电源供电：1.6 V至36 V，±0.8 V至±18 V
- 实现真正的单电源运行，输入和输出电压均可下探至地电位
- 静态供电电流极低，最大仅20 µA
- 具备高输出驱动能力，最小输出电流达5 mA
- 低输入失调电压，最大不超过150 µV
- 高开环增益，最小700 V/mV
- 出色的电源抑制比（PSRR）：最大5.6 µV/V
- 兼容标准741引脚配置，并支持接地调零功能
产品概述
OP90是一款高性能、微功耗运算放大器，支持1.6 V至36 V的单电源工作，或±0.8 V至±18 V的双电源配置。该器件输入范围包含负电源轨，使其在单电源供电下也能处理接近地电位的信号。OP90的输出摆幅可延伸至地，从而实现“零输入，零输出”的操作特性。
该放大器的静态电流极低，同时具备较强的输出驱动能力，最大可提供超过5 mA的负载电流。其输入失调电压控制在150 µV以内，无需外部调零，即可满足高精度应用需求。OP90的开环增益超过700,000，共模抑制比优于100 dB，电源抑制比低于5.6 µV/V，从而有效抑制电源波动对输出信号的影响。
OP90的低偏置电压和高增益特性使其成为微功率应用的理想选择，特别适用于电池供电和太阳能供电系统，例如便携式测量设备、远程监测装置和空间设备。
图1: 简化示意图
图2: 老化电路
应用信息
电池供电系统
OP90能够在低至1.6 V的电压下运行，或在±0.8 V的双电源下工作，其静态电流极低，仅为14 pA。在多种电池供电系统中，OP90可持续运行数千小时，极大减少维护频率和运营成本。
对于便携式测量系统和仪器而言，锂基电池凭借其长寿命、低重量和高能量密度成为优选方案。OP90的低电压要求使其能够与锂电池的平坦放电曲线协同工作，确保在整个电池寿命期内稳定运行。图3展示了一块1 A·h锂电池驱动OP90工作时的典型放电曲线，负载为100 kΩ。
图3: OP90和100 kΩ负载下的锂二氧化硫电池放电特性
输入电压保护
OP90的输入级采用PNP晶体管结构，两个输入端均配置保护电阻，确保输入电压可高于电源轨20 V而不损坏器件。这种设计增强了系统在异常电压情况下的可靠性。
偏移调零
图4展示的偏移调零电路可将失调电压调整范围控制在6 mV内。图5中，通过在偏移调零电位器滑动端串联100 kΩ电阻，可进一步将调整范围缩小至400 µV，适用于需要高分辨率调零的精密测量场景。该调零方式不影响温度系数（TCVOS）的性能。
图4: 偏移调零电路
图5: 高分辨率偏移调零电路
单电源输出电压范围
OP90在单电源模式下，输入和输出均可下探至地电位，从而实现“零输入，零输出”操作。输出端可下拉至高于地约0.8 V的电压，低于该值则需要外接1 MΩ以上的对地电阻，以实现零输出。
在0至0.8 V的电压范围内，OP90的电压增益保持在数据手册所列规格内。在更宽的电压范围内，输出电流能力也保持稳定。
典型应用
电池供电电压基准
图6展示了一个由OP90构成的电池供电电压基准电路，其静态电流为17 µA，使用两节AA电池即可运行超过18个月。在25°C条件下，输出电压为1.23 V，温度漂移为5.5 µV/°C，负载调整率为85 µV/mA，线路调整率为120 µV/V。
该基准采用带隙参考结构。通过调整R1与R2的比例，控制Q1和Q2中的电流差异，从而在R3上生成与温度相关的电压。此电压经R4和R5放大后叠加在Q1的VBE上，实现温度补偿。短接偏移调整引脚（Pin 5）至地可确保电路稳定启动。
图6: 电池供电电压基准
单运放全波整流器
图7为一个单运放构成的全波整流电路，可处理±2.5 V的输入信号，适用于5 V单电源供电系统。对于负输入，OP90作为单位增益反相器工作；正输入则迫使输出接地。1N914二极管反向偏置，信号经R1和R2输出。为平衡负载影响，可适当调整R2。
图7: 单运算放大器全波整流器
图8: 4 Vp-p，10 Hz输入下的全波整流器输出
二线制4 mA至20 mA电流变送器
图9中电流变送器的输出范围为4 mA至20 mA，输入线性度优于0.004%，线路抑制率达0.0005%/V。该电路由REF-02EZ提供偏置，OP90EZ负责调节输出电流，确保非反相节点电流平衡。
当R1和R2取指定值时，100 mV输入对应20 mA满量程输出。R2用于微调偏移，R1用于调整增益。由于OP90的非反相输入处于虚拟地电位，上述调整互不影响。肖特基二极管D1防止输入电压尖峰损坏OP90。该电路可适用于10 V至40 V电源范围。
图9: 2线4 mA至20 mA变送器
微功率压控振荡器（VCO）
图10为一种由两个OP90与四路CMOS开关组成的VCO电路，可产生三角波和方波输出，仅从5 V单电源中汲取50 µA电流。A1作为积分器，S1对称切换充电电流以生成正负斜波。A2作为施密特触发器，设定1.67 V精确迟滞。该电路频率由公式决定，可通过更换电容C1调节。
图10: 微功率压控振荡器
微功率单电源仪表放大器
图11展示了由OP90构成的仪表放大器，共模抑制比超过110 dB，静态电流仅15 µA。该设计将反馈连接至微调引脚，而非反相输入端，从而实现差分到单端的高效转换。在2.5 V输出范围内，增益为500至1000时，非线性小于0.1%。该电路适用于高增益测量场合。
图11: 微功率单电源仪表放大器
单电源电流监测器
图12为单电源电流监测器，可检测高达30 mA的电流，分辨率达10 µA。通过改变检测电阻R1，可扩展测量范围。该电路通过放大检测电阻上的电压降实现电流监测。
图12: 单电源电流监测器
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