OP295GPZ

El OP295GPZ de Analog Devices es un amplificador operacional de doble salida de carril a carril que combina la precisión de CC de las etapas de entrada bipolares con la capacidad de salida de carril a carril de CMOS, utilizando un proceso BiCMOS. Esta combinación única lo hace adecuado para aplicaciones que requieren tanto alta precisión como oscilación completa de la tensión de salida, especialmente en sistemas de alimentación única y baja tensión.

El OP295 es la versión dual de la familia; el OP495 es la versión cuádruple con idénticas características eléctricas. Ambas están especificadas en el rango de temperatura industrial ampliado de -40 a +125 grados C, lo que las hace adecuadas para entornos industriales agresivos y de automoción.

La oscilación de salida de carril a carril es la característica definitoria. La salida puede oscilar a milivoltios de ambos carriles de alimentación, lo que permite aprovechar al máximo el rango de tensión de alimentación disponible. Por ejemplo, con una alimentación única de 5 V, la salida puede oscilar desde cerca de 0 V hasta cerca de 5 V con una carga de 100 kOhmios, y a unos 0,4 V de los raíles con una carga de 2 kOhmios. Esta capacidad de entrada/salida cero es crítica para aplicaciones de alimentación única en las que el rango de señal debe extenderse a tierra.

El frontal bipolar proporciona menor ruido (densidad de ruido de tensión de 51 nV/sqrt(Hz)) y mayor precisión (tensión de offset máxima de 300 uV) que los amplificadores puramente CMOS de carril a carril. La corriente de polarización de entrada típica de 8 nA también es significativamente inferior a la de los diseños sólo bipolares. La deriva de la tensión de offset de 1 uV/grado C típico garantiza la estabilidad en el amplio rango de temperaturas de funcionamiento.

El producto de ancho de banda de ganancia de 75 kHz y la velocidad de giro de 0,03 V/us posicionan al OP295 como un amplificador de precisión de CC y baja frecuencia más que como un dispositivo de procesamiento de señales de alta velocidad. Es ideal para acondicionamiento de sensores, monitorización de baterías, servocontrol y bucles de realimentación de fuentes de alimentación en los que la precisión de CC y el swing de salida son más importantes que el ancho de banda.

La capacidad de manejar cargas capacitivas superiores a 300 pF sin oscilación es una ventaja significativa sobre muchos amplificadores CMOS de carril a carril, que pueden ser inestables incluso con cargas capacitivas pequeñas. Esto hace que el OP295 sea adecuado para manejar cables coaxiales, puertas de MOSFET y otras cargas capacitivas que causarían inestabilidad en diseños menos robustos.

La capacidad de corriente de salida de 15 mA permite al OP295 controlar directamente transistores de potencia y puentes en H, lo que lo convierte en un eficaz controlador para actuadores y motores. La corriente de salida es suficiente para controlar la base de un transistor de potencia o la entrada de un controlador MOSFET sin etapas de búfer adicionales.

El sufijo GPZ indica el encapsulado PDIP de 8 patillas (N-8), adecuado para la creación de prototipos a través de orificios y el montaje en zócalos. El OP295 también está disponible en SOIC-8 (OP295GSZ) para montaje en superficie. El sufijo Z indica la conformidad con RoHS y el rango de temperatura industrial ampliado.

El OP295GPZ funciona como dos amplificadores operacionales de salida rail-to-rail independientes utilizando un proceso BiCMOS (Bipolar + CMOS) que combina la precisión de las etapas de entrada bipolares con el swing de salida del CMOS.

Etapa de entrada BiCMOS: La etapa de entrada utiliza transistores PNP bipolares en una configuración de par diferencial. Esto proporciona una baja tensión de offset de entrada (300 uV máx.), una baja corriente de polarización de entrada (8 nA típica) y un bajo ruido de tensión (51 nV/Hz). La etapa de entrada PNP también permite que el rango de tensión de entrada en modo común incluya el carril de alimentación negativo (masa en funcionamiento con alimentación única), proporcionando la capacidad de entrada cero. La etapa de entrada está protegida contra sobretensiones diferenciales mediante diodos back-to-back con resistencias limitadoras de corriente.

Etapa de salida CMOS: La etapa de salida utiliza transistores complementarios PMOS y NMOS en una configuración de fuente común. A diferencia de las etapas de salida bipolares tradicionales que tienen una caída de VBE (0,7 V) desde cada carril, los transistores de salida CMOS pueden oscilar a milivoltios de los carriles de alimentación cuando están ligeramente cargados. La etapa de salida es la clave de la oscilación de salida de carril a carril: a medida que la salida se acerca a cualquiera de los carriles, el transistor MOS correspondiente entra en la región triodo (lineal) y puede acercar mucho la salida a la tensión de carril. Con una carga de 100 kOhmios, la salida oscila a menos de 50 mV de cada carril a 5 V de alimentación.

Ganancia y compensación: El OP295 utiliza un esquema de compensación de un solo polo dominante que proporciona estabilidad de ganancia unitaria. El producto de ancho de banda de ganancia es de 75 kHz, lo que significa que la ganancia en bucle abierto cae a 0 dB (unidad) a 75 kHz. El margen de fase de 86 grados garantiza un funcionamiento estable incluso con cargas capacitivas moderadas. La elevada ganancia en bucle abierto de 140 dB (1000 V/mV) proporciona una excelente precisión de CC en configuraciones de bucle cerrado.

Estabilidad de carga capacitiva: El OP295 está diseñado para permanecer estable con cargas capacitivas superiores a 300 pF. Esto se consigue mediante una impedancia de salida cuidadosamente diseñada y una red de compensación que evita que el polo de salida degrade el margen de fase. Por el contrario, muchos amplificadores CMOS rail-to-rail se vuelven inestables con cargas capacitivas tan pequeñas como 50-100 pF, requiriendo resistencias de aislamiento externas o redes de compensación.

Funcionamiento carril-carril: La oscilación de la tensión de salida depende de la resistencia de carga. Con una carga de 100 kOhmios a una alimentación de 5 V, la salida puede oscilar entre 0,05 V y 4,95 V (4,9 V pico a pico). Con una carga de 2 kOhmios, la oscilación se reduce a aproximadamente 0,4 V a 4,6 V (4,2 V pico a pico) debido a la caída de tensión a través de la resistencia de activación del MOSFET de salida. Con una alimentación de 3 V y una carga de 2 kOhmios, la oscilación es de aproximadamente 0,5 V a 2,6 V (2,1 V pico a pico).

Alimentación simple o doble: El OP295 funciona igual de bien con una sola alimentación (3 V a 36 V entre V+ y V-) o con una alimentación doble (más o menos 1,5 V a más o menos 18 V). En funcionamiento con una sola alimentación, V- está conectado a tierra y los rangos de entrada y salida incluyen tierra. En el funcionamiento con doble alimentación, los rangos de entrada y salida incluyen el carril negativo (V-), lo que permite la capacidad de entrada/salida cero.