Richi´s Lab

PMI OP07

OP07

Der Operationsverstärker OP07 wurde von Precision Monolithics entwickelt und bietet eine sehr geringe Offsetspannung. Der OP07C stellte damals die schlechteste Sortierung dar mit einer maximalen Offsetspannung von 250µV, einem Temperaturkoeffizienten von 2,5µV/°C, einem Langzeitdrift von typischerweise 0,4µV/Monat (2,0µV/Monat maximal) und einem Spannungsrauschen von typischerweise 0,38µVpp (0,1Hz-10Hz; 0,65µVpp maximal).

 Die Variante OP07A war die beste Sortierung und bietet eine maximale Offsetspannung von nur 45µV, einen maximalen Temperaturkoeffizienten von 0,6µV/°C, einen typischen Langzeitdrift von 0,2µV/Monat (1,0µV/Monat maximal) und ein Spannungsrauschen von 0,35µVpp (0,6µVpp maximal). Die Betriebsspannung kann zwischen +/-3V und +/-18V gewählt werden. Die Grenzfrequenz liegt typischerweise bei 0,6MHz, die Slewrate ist mit 0,17V/µs spezifiziert.

PMI wurde von Analog Devices übernommen. Analog Devices hat mit dem OP177 einen Nachfolger im Angebot. Der OP07 wird aber weiterhin verkauft, auch von anderen Herstellern.

 

Electronic Design 16

Der OP07 wird von PMI bereits 1976 in der Zeitschrift Electronic Design 16 beworben. Analog Devices produziert diesen Operationsverstärker heute noch.

 

Datenblatt Schaltplan

Im aktuellen Datenblatt von Analog Devices ist derselbe Schaltplan abgebildet wie in den alten Datenblättern von PMI. Der Differenzverstärker am Eingang (blau) ist mit Dioden ausgestattet, die die Eingangsspannung begrenzen (Q21-Q24). Die Kollektorwiderstände beinhalten Abgriffe, die zu den Offset-Pins führen. R2A und R2B werden während der Fertigung abgeglichen.

Der OP07 beinhaltet eine Biasstromkompensation (grün). Wie im Rahmen des LT1012 beschrieben, tragen die Transistoren Q3/Q4 die gleichen Ströme wie die Eingangstransistoren Q1/Q2 und nehmen entsprechend sehr ähnliche Basisströme auf. Q5/Q7 und Q6/Q8 kopieren diese Ströme und speisen sie in die Eingänge ein, wo sie die Biasströme kompensieren.

Zwischen dem Eingangsverstärker (blau) und der Spannungsverstärkerstufe (rot) sind Emitterfolger als Pufferverstärker integriert (lila). Die Signale werden in diesem Bereich noch differentiell geführt. Die Spannungsverstärkerstufe arbeitet gegen einen Stromspiegel (Q13/Q14). Die Anpassung des Frequenzgangs ist verhältnismäßig komplex (türkis). C2 stellt die eigentliche Frequenzkompensation dar. C1 dämpft hohe Frequenzen im nicht kompensierten Pfad. C3 realisiert eine Feedforward-Kompensation, die bei hohen Frequenzen die PNP-Transistoren überbrückt. Laut dem Handbuch "Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products" von 1977 wurden insgesamt 210pF in den OP07 integriert.

Eine Treiberstufe (gelb) steuert die Push-Pull-Endstufe (dunkelrot), die laut Datenblatt dauerhaft kurzschlussfest ist. Der Schaltplan zeigt keinerlei Kurzschlussschutz, auf dem Die ist aber eine entsprechende Schaltung zu erkennen. Der graue Schaltungsteil sorgt für einen gewissen Spannungsabfall zwischen Q19 und Q20 und erzeugt so den notwendigen Ruhestrom.

 

Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products 1977

Das oben bereits angesprochene Handbuch "Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products" zeigt den Rest-Biasstrom und dessen Schwankung über die Temperatur. Für noch niedrigere Biasströme benötigt man komplexere Schaltungen wie sie zum Beispiel im LT1012 integriert ist.

 

OP07 Gehäuse

Das Gehäuse ist direkt mit dem negativen Versorgungspotential verbunden.

 

OP07 Die

OP07 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 2,55mm x 1,35mm.

 

Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products 1977

Das Handbuch "Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products" zeigt die Anordnung und die Funktion der einzelnen Bondpads. Die NC-Bondpads dienen dem Abgleich der Offsetspannung.

 

OP07 Die Detail

Auf dem Die finden sich die Zeichen OP.07.Z. Die Revisionierung erfolgte bei PMI indem von dem Buchstaben Z in Richtung A hochgezählt wurde. Das bedeutet, dass es sich beim vorliegenden Design um das erste handelt. Im AD1139 findet sich dagegen die Revision U des OP07. Auf diesem Die ist der Jahrgang 1986 abgebildet, es ist damit ungefähr 10 Jahre älter.

 

OP07 Die Unterschiede Revisionen

Die Unterschiede zwischen der Revision Z und der Revision U sind minimal und dem Anschein nach zu einem Großteil funktional irrelevante. Lediglich der Widerstand R7 im Treiber der Endstufe scheint etwas verlängert worden zu sein.

 

Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products 1977

Das Handbuch "Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products" zeigt, wie die Offsetspannung in der Eingangsstufe abgeglichen wird. Vier Testpunkte ermöglichen es vier Zener-Fuses auszulösen, die in der Folge die Kollektorwiderstände R2C, R2D, R2E oder R2F überbrücken. Das Widerstandsverhältnis definiert die Offsetspannung.

Laut dem Dokument "Op Amp Applications" von Walter G. Jung von Analog Devices war der OP07 der erste Operationsverstärker, der diese Technik zum Abgleich nutzte. Demnach werden die Fuses mit Stromimpulse in Höhe von 300mA ausgelöst.

 

OP07 Die Fuses

Um die vier Testpunkte herum sind auf dem Die mehrere kleine Widerstände integriert. Auch die etwas größeren Bereiche, die die Zener-Fuses enthalten, sind zu erkennen.

 

Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products 1977

Der genaue Aufbau einer Zener-Fuse findet sich ebenfalls im Handbuch "Precision Monolithics Linear & Conversion I.C. Products". Es handelt sich dabei um eine Zenerdiode, genauer um die Basis-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors. Beim Auslösen der Zener-Fuse wird die Struktur zerstört und kurzgeschlossen. Der Kurzschluss bildet sich demnach durch das Einschmelzen des umgebenden Metalls in die dazwischen liegende Basis-Emitter-Strecke.

 

Texas Instruments OP07 Datenblatt Schaltplan

Auf dem Die des PMI OP07 finden sich mehr Strukturen als der PMI Schaltplan zeigt. Der obige Schaltplan stammt aus dem Datenblatt des OP07 von Texas Instruments. Dieser Schaltplan scheint eher die tatsächliche Schaltung darzustellen. Hier ist die Strombegrenzung in der Endstufe dargestellt. Außerdem enthält die Schaltung wie das Die vier Kondensatoren. Am Eingang befinden sich oberhalb der Transistoren zur Biasstromkompensation noch weitere Kaskoden-Transistoren. Sie sorgen dafür, dass die Kollektor-Emitter-Spannungen der Eingangstransistoren unabhängig von der Gleichtaktspannung am Eingang einigermaßen konstant bleiben.

 

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