OPA333 и OPA2333 — прецизионные ОУ TI с нулевым дрейфом на 1,8–5,5 В

Выводы

OPA333

Наш вывод из таблиц: в SOT-23-5 у OPA333 та же цоколёвка, что у MCP6001 и TLV9001 (выход на выводе 1). В SC70-5 у OPA333 вход + на выводе 1 и выход на выводе 4 — так же, как у обычного TLV9001 в SC70 и у исполнений в SOT-23 TLV9001U и MCP6001U (табл. 6-1 даташита TLV900x, табл. 3-1 даташита MCP6001). А MCP6001 в SC70 и TLV9001T в SC70 имеют выход на выводе 1, как в SOT-23. На плате под ОУ в SC70 перепутать их легко, поэтому цоколёвку сверяют по даташиту конкретного усилителя. Корпуса — на страницах SOT-23-5, SC70-5 и SOIC-8.

OPA2333

Во всех трёх корпусах выводы одинаковые — стандартная цоколёвка сдвоенного ОУ, как у LM358. Корпус VSSOP-8 начерчен по листу DGK0008A. VSON-8 у OPA2333 — вариант DRB0008B (4218876/A, 12/2017), а не DRB0008A, по которому сделана основная часть страницы VSON-8 3 × 3: габарит и шаг 0,65 мм те же, но центральная площадка у варианта B больше — 1,65 × 2,4 мм, и посадочное место берут именно под неё. Открытую площадку под корпусом соединяют с V− или оставляют без электрического соединения, но паять к плате её нужно в любом случае (см. «Расхождения»).

Параметры

Электрические характеристики (с. 7 даташита): TA = 25 °C, нагрузка 10 кОм к VS / 2, VCM = VOUT = VS / 2, если не указано иное.

Предельные режимы: питание 7 В, входы на 0,3 В за шины, короткое замыкание выхода на землю — длительно (один усилитель в корпусе), рабочая температура −40…150 °C при нормированных параметрах в диапазоне −40…125 °C. ESD — 4000 В по модели тела человека. Тепловое сопротивление кристалл–воздух: OPA333 — SOIC 140,1 °C/Вт, SOT-23 220,8 °C/Вт, SC70 298,4 °C/Вт; OPA2333 — SOIC 124,0 °C/Вт, VSSOP 180,3 °C/Вт, VSON 46,7 °C/Вт.

Особенности усилителя с коррекцией нуля

• После включения усилителю нужно около 100 мкс, чтобы выйти на нормированное смещение. В схемах, где питание ОУ отключают ради экономии, первую выборку АЦП берут не раньше.
• Шума 1/f нет, и TI отмечает отсутствие наложения спектров (aliasing). Размах шума 1,1 мкВ в полосе 0,1–10 Гц сравним с самим смещением, поэтому смещение и дрейф действительно определяют точность по постоянному току.
• Полоса узкая: 350 кГц — это полоса при единичном усилении. Наш расчёт: при усилении 101 полоса около 350 / 101 ≈ 3,5 кГц, а скорость 0,16 В/мкс ограничивает размах 3 В синуса частотой примерно 0,16 / (π · 3) ≈ 17 кГц.
• Термо-ЭДС платы может оказаться больше смещения ОУ. TI напоминает, что спаи разнородных металлов дают термо-ЭДС 0,1 мкВ/°C и больше: входные цепи держат симметричными, подальше от источников тепла и потоков воздуха.
• Выход до нуля. Однополярный ОУ не доходит до земли: 30–50 мВ при нагрузке 10 кОм. TI предлагает подтянуть выход резистором около 20 кОм к дополнительному отрицательному питанию: тогда выход точен до 0 В и даже до −2 мВ, а с 10 кОм — до −10 мВ. Ток потребления при этом растёт на сотни микроампер.
• Вход за шинами. Входы зашунтированы диодами на шины; если сигнал может уйти дальше чем на 0,3 В за питание, ток входа ограничивают резистором (рис. 18). Инверсии фазы выхода у OPA333 нет.

Расчёт: усилитель для шунта и термопары

Наш расчёт: ток до 1 А в минусовом проводе нагрузки, шунт 10 мОм, неинвертирующий усилитель на OPA333 с усилением 101 (100 кОм и 1 кОм), питание 3,3 В.

• При 1 А на шунте 10 мВ, на выходе 10 мВ × 101 = 1,01 В.
• Смещение 10 мкВ макс. даёт на выходе 1,01 мВ — это ошибка 1 мА, 0,1 % полной шкалы. Дрейф: 0,05 мкВ/°C × 50 °C = 2,5 мкВ, ещё 0,25 мА.
• Входной ток 200 пА на сопротивлении около 1 кОм — 0,2 мкВ, им можно пренебречь.
• Снизу измерение ограничено выходом: 30–50 мВ на выходе — это 30–50 мА. Чтобы мерить ток от нуля, выход подтягивают к отрицательному питанию, как описано выше, или смещают нуль.
• Для сравнения — тот же усилитель на MCP6001 со смещением до 4,5 мВ: на выходе до 0,45 В, то есть ошибка до 450 мА при шкале 1 А.

Термопара типа K даёт около 40,7 мкВ/°C (рис. 27 даташита). Наш расчёт: смещение 10 мкВ — это не больше 0,25 °C ошибки, а у ОУ с 4,5 мВ — больше 100 °C без калибровки. Поэтому для термопар, тензомостов и шунтов с милливольтными сигналами берут ОУ с нулевым дрейфом или специализированные микросхемы; если нужен готовый усилитель шунта до 26 В, удобнее INA180 и INA181. Шунт и усиление для своих токов подберёт калькулятор «Токовый шунт».

По питанию TI рекомендует керамический конденсатор 0,1 мкФ вплотную к выводам.

OPA333 против MCP6001 и TLV9001

Значения MCP6001 и TLV9001 — из карточки MCP6001 и TLV9001. Наш вывод: OPA333 выигрывает в точности по постоянному току в сотни раз и потребляет меньше, но примерно в 2,9 раза уступает по полосе (наш расчёт: 1 МГц / 350 кГц). Для звука, фильтров и быстрых сигналов он не подходит; для датчиков, шунтов, мостов и батарейных измерителей — один из самых экономичных вариантов. Двуполярное питание больше ±2,75 В — уже задача для других ОУ, например LM358; для мостов с большим синфазным сигналом удобнее инструментальный усилитель.

Расхождения в документации

• Ток входа при перегрузке. Таблица предельных режимов (с. 5) ограничивает ток входов ±1 мА, а примечание 2 к ней, раздел 7.3.2 и рис. 18 — 10 мА. Наш вывод: ограничительный резистор рассчитывают на 1 мА: например, при возможном выходе входа на 5 В за шину — не меньше 5 кОм, как и нарисовано на рис. 18 (там 5 кОм и подпись «10 mA max»).
• Когда нужен ограничительный резистор. Рис. 18 требует его при выходе входа за шины «на 0,5 В и больше», а предельные режимы допускают только 0,3 В за шины.
• Полоса шума. Особенности на с. 1 обещают «0.01-Hz to 10-Hz Noise: 1.1 µVPP», а таблица даёт 1,1 мкВ для полосы 0,1–10 Гц и 0,3 мкВ для 0,01–1 Гц; график на с. 1 тоже подписан 0,1–10 Гц.
• Смещение в примере применения. Раздел 8.2.1.2 называет OPA2333 усилителем со смещением 5 мкВ, а таблица — 2 мкВ тип. и 10 мкВ макс.
• Площадка VSON. Раздел 7.3.5 разрешает соединить её с V− или оставить неподключённой, а раздел 10.1.2 требует обязательно припаять её к плате ради механической надёжности. Противоречия по сути нет: наш вывод — площадку паяют к медному полигону, соединённому с V− или изолированному. Сноска (2) к этой площадке на рисунке выводов (с. 4) в даташите без текста.
• Мелочи. В таблице предельных режимов питание 7 В стоит в столбце «MIN», а нижний предел входов записан как «−0,3» без «(V−)». Описание на с. 1 называет корпус SC70 просто «SOT», а рисунок на той же странице — корпус VSON «DFN-8 (SON-8)».