La familia de amplificadores operacionales de deriva cero en paquetes de tamaño reducido tiene un desplazamiento de CC máximo de 3μV y una deriva máxima de 30nV/°C

Los LTC2050, LTC2051 y LTC2052 son amplificadores operacionales de deriva cero simples, dobles y cuádruples, disponibles en paquetes SOT-23, MS8 y GN16 respectivamente. Son los amplificadores operacionales de deriva cero más pequeños del mercado, y ocupan un espacio mínimo en la placa, al tiempo que ofrecen el menor desplazamiento de entrada (3μV máx.) y deriva de desplazamiento (30nV/°C máx.) disponibles actualmente. Además, funcionan en un amplio rango de alimentación, de 2,7V a ±5V. Tienen salidas de carril a carril que pueden accionar cargas tan pequeñas como 1k en cualquiera de los carriles de alimentación, y tienen un rango de entrada desde la alimentación negativa hasta normalmente menos de 1V desde la alimentación positiva.

A temperatura ambiente, y con el nivel de modo común de entrada en la mitad de la alimentación, las piezas suelen tener 0,5μV de desplazamiento referenciado de entrada y se garantiza que tienen menos de ±3μV. Para garantizar esta precisión de CC en el rango de entrada en modo común, los LTC2050/LTC2051/LTC2052 tienen una CMRR excepcionalmente alta en un amplio rango desde la alimentación negativa hasta, normalmente, 0,9V del carril positivo, como se muestra en la Figura 1. Por ejemplo, cuando la entrada varía en todo el rango de modo común de 5V, el offset referenciado de entrada suele cambiar en menos de 0,4μV. Unos niveles similares de PSRR (normalmente menos de 0,1μV de desviación por voltio de variación de la alimentación) y una deriva de temperatura casi nula garantizan que la desviación no supere los 5μV en todo el rango de tensión de alimentación y temperatura comercial.

Figura 1: CMRR DC frente al modo de entrada común

Los LTC2050/LTC2051/LTC2052 conservan sus características de corriente continua mientras conducen cargas resistivas que generan o consumen corrientes de hasta 5mA. La figura 2 muestra la oscilación de carril a carril de los amplificadores operacionales en función de la carga de la resistencia de salida. Con una carga de 1k o 5k, la salida suele oscilar a 100 mV o 30 mV, respectivamente, de los raíles.

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Figura 2. Oscilación de la tensión de salida en función de la resistencia de la carga

La familia LTC2050 utiliza un circuito de autocero para conseguir su desplazamiento de cero y otras especificaciones de CC. El reloj utilizado para la puesta a cero automática suele ser de 7,5 kHz. Hay dos tipos de alimentación de reloj en los amplificadores operacionales autocero como el LTC2050/51/52. La primera se debe a la sedimentación del condensador de muestreo interno. La magnitud de este avance del reloj respecto a la entrada es independiente de la resistencia de la fuente de entrada o de las resistencias de control de ganancia. La figura 3 muestra el espectro de salida del LTC2050 con una ganancia de bucle cerrado de 101 con R2 = 100k, y R1 = RS = 1k. Hay un paso de reloj residual de menos de 1μVRMSesta bajísima penetración del reloj se consigue en el LTC2050/LTC2051/LTC2052 mediante una circuitería interna que mejora el establecimiento de los condensadores de almacenamiento internos. Esta bajísima penetración del reloj se consigue en el LTC2050/LTC2051/LTC2052 mediante un circuito interno que mejora el ajuste de los condensadores internos de almacenamiento de autocero.

Figura 3: Espectro de salida a 101 de ganancia; R2 = 100k, R1 = RS = 1k

La segunda forma de alimentación del reloj está causada por la inyección de carga de los interruptores MOS internos conectados a las entradas del amplificador operacional. Estos picos de corriente no son evidentes en la salida cuando la resistencia de la fuente de las entradas del amplificador operacional es baja (es decir, R1 y RS son bajos en la Figura 3). La figura 4 muestra la salida del LTC2050HV funcionando con una ganancia de 101, una alimentación de 5V y el nivel de modo común de entrada en alimentación negativa (tierra). La traza A muestra la salida cuando la resistencia de la fuente (RS) es de 1k, mientras que la traza B muestra la salida para RS = 100k. La inyección de carga de los interruptores de entrada aparece en el caso de una resistencia de entrada elevada. Sin embargo, el valor medio de la corriente de inyección de carga (que es la corriente de polarización de entrada) es inferior a 15pA, como se muestra en la figura 5. Por lo tanto, incluso con una resistencia de fuente de 100k, los picos de la Figura 4, trazo B, pueden reducirse a 1,5μV CC referidos a la entrada con un condensador de realimentación en R2.

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Figura 4: Salida con una ganancia de 101; VS = 5V, R2 = 100kΩ , R1 = 1kΩ , modo común de entrada a V- rastro A: RS = 1kΩ , traza B: RS = 100kΩ

Figura 5: Corriente de polarización de entrada frente a la tensión de modo común de entrada (LTC2050HV)

Una aplicación muy común de los amplificadores de deriva cero es la amplificación de las señales de un puente resistivo diferencial, como se muestra en la figura 6. La ganancia es 2R2/R, donde R es la resistencia del puente. En las aplicaciones en las que la resistencia del puente es alta, la corriente de polarización de entrada al amplificador operacional puede provocar errores. Con una alimentación de 5V, el LTC2050HV suele tener 5pA de corriente de polarización de entrada a media alimentación (ver Figura 5). Por lo tanto, las resistencias de puente de hasta 100k contribuyen con menos de 1μV de desplazamiento adicional debido a la corriente de polarización de entrada y a la resistencia de puente.

Figura 6. Típico amplificador de puente diferencial

La familia de amplificadores LTC2050 tiene un ruido pico a pico de aproximadamente 1,5μV entre CC y 10 Hz. Si una aplicación necesita menos ruido pero requiere el rendimiento de CC del LTC2050, un amplificador compuesto como el que se muestra en la figura 7 puede ser la solución.

Figura 7. Amplificador operacional compuesto de bajo ruido y deriva cero

El LT1677 es un amplificador óptico de entrada y salida de bajo ruido, de carril a carril, que funciona en un rango de alimentación muy amplio (de 3V a ±15V). El integrador formado por el LTC2050HV cancela el offset del amplificador compuesto a través de los pines de ajuste del offset del LT1677. El desplazamiento y la deriva resultantes son los del LTC2050HV, pero el ruido se acerca al del LT1677 (aproximadamente 100 nV pico a pico, CC a 10 Hz). Con los valores indicados, el tiempo de calentamiento es de unos diez segundos.

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La figura 8 muestra el LTC2051 utilizado para detectar la corriente en la alimentación negativa. El pequeño desplazamiento del LTC2051 permite una resistencia de detección muy pequeña, RS. La salida se desplaza a nivel de tierra con M1.

Figura 8. Control de la corriente de alimentación negativa

La familia de amplificadores operacionales LTC2050/LTC2051/LTC2052 ofrece paquetes más pequeños que cualquier otro amplificador operacional con sus especificaciones de CC. Además, son los primeros que funcionan con una sola fuente de alimentación de 2,7 V, siendo capaces de funcionar con fuentes de alimentación superiores de ±5.

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