Site Loader

Содержание

Модели операционных усилителей

Добавлено 29 декабря 2018 в 04:20

Сохранить или поделиться

Хотя упоминание об операционных усилителях обычно вызывает воспоминание о полупроводниковых устройствах, построенных как интегральные микросхемы на миниатюрном кремниевом чипе, первые операционные усилители были фактически схемами на электронных лампах. Первый коммерческий операционный усилитель общего назначения был изготовлен компанией George A. Philbrick Researches, Incorporated в 1952 году. Обозначенный как K2-W, он был построен на двух сдвоенных триодных лампах, смонтированных вместе с восьмивыводным разъемом для легких установки и обслуживания в шасси электронного оборудования той эпохи. Сборка выглядела примерно так:

Операционный усилитель Philbrick Researches, модель K2-W

Принципиальная схема представляет собой две лампы, а также десять резисторов и два конденсатора, довольно простая схема даже по стандартам 1952 года:

Операционный усилитель K2-W, принципиальная схема

В случае если вы не знакомы с работой электронных вакуумных ламп, они работают аналогично полевым транзисторам с изолированным затвором (IGFET) с обедненным каналом N-типа: то есть они проводят большой ток, когда управляющая сетка (пунктирная линия) становится более положительной по напряжению по отношению к катоду (изогнутая линия в нижней части условного обозначения лампы), и проводят меньше тока, когда управляющая сетка по напряжению менее положительна (или более отрицательна), чем катод. Лампа двойного триода слева работает как дифференциальная пара, преобразующая дифференциальные входные сигналы (сигналы напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах) в один усиленный сигнал напряжения, который затем подается на управляющую сетку левого триода второй триодной пары через делитель напряжения (1 МОм – 2,2 МОм). Этот триод усиливает и инвертирует выходной сигнал дифференциальной пары для получения большего коэффициента усиления по напряжению, затем усиленный сигнал подается на второй триод этой же лампы двойного триода в схеме неинвертирующего усилителя для получения большего коэффициента усиления по току. Две неоновые «светящиеся лампы» действуют как стабилизаторы напряжения, аналогично поведению полупроводниковых стабилитронов, для обеспечения напряжения смещения в соединении между двумя несимметричными триодными усилителями.

При напряжении двуполярного источника питания +300/-300 вольт этот операционный усилитель мог развивать выходное напряжение только до +/- 50 вольт, что очень плохо по сегодняшним стандартам. Он имел коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой петле обратной связи от 15000 до 20000, скорость нарастания +/- 12 вольт/микросекунда, максимальный выходной ток 1 мА, потребляемую мощность более 3 Вт (без учета ламп накаливания!), и стоил около 24 долларов в 1952 году. Лучшей производительности можно было бы достичь, используя более сложную конструкцию схемы, но только при большем энергопотреблении, большей стоимости и пониженной надежности.

С появлением твердотельных транзисторов стали возможны операционные усилители с гораздо меньшим энергопотреблением и повышенной надежностью, но многие другие параметры производительности остались примерно такими же. Возьмем, к примеру, модель P55A от Philbrick, твердотельный операционный усилитель общего назначения примерно 1966 года. P55A демонстрировал коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи 40000, скорость нарастания 1,5 вольт/мкс и размах выходного сигнала +/- 11 вольт (при напряжении источника питания +/- 15 вольт), максимальный выходной ток 2,2 мА и стоимость 49 долларов (или около 21 доллара для версии «широкого потребления»). P55A, как и другие операционные усилители линейки Philbrick, имел дискретную компонентную конструкцию, состоящую из транзисторов, резисторов и конденсаторов, помещенных в твердый «кирпич», напоминающий большой корпус интегральной микросхемы.

Построить неточный операционный усилитель на дискретных компонентах нетрудно. Схема одной такой схемы показана на рисунке ниже.

Простой операционный усилитель, выполненный на дискретных компонентах

Несмотря на то, что его производительность по современным стандартам довольно неутешительна, он демонстрирует, что для создания минимально функционирующего операционного усилителя сложность не требуется. Транзисторы Q3 и Q4 формируют сердце другой схемы дифференциальной пары, полупроводникового эквивалента первой триодной лампы в схеме K2-W. Как и в схеме с электронной вакуумной лампой, назначением дифференциальной пары является усиление и преобразование дифференциального напряжения между двумя входными клеммами в выходное несимметричное напряжение.

С появлением технологии интегральных микросхем (ИМС) в конструкциях операционных усилителей произошло резкое увеличение производительности, надежности, плотности и экономичности. Между 1964 и 1968 годами корпорация Fairchild представила три модели микросхем операционных усилителей: 702, 709 и всё еще популярный 741. Хотя 741 в настоящее время считается устаревшим с точки зрения производительности, он по-прежнему пользуется популярностью среди любителей за свою простоту и отказоустойчивость (например, защита от короткого замыкания на выходе). Личный опыт использования множества операционных усилителей 741 привел меня к выводу, что его сложно убить…

Внутренняя принципиальная схема операционного усилителя модели 741 показана на рисунке ниже.

Операционный усилитель, модель 741. Принципиальная схема

По стандартам интегральных микросхем 741 является очень простым устройством: пример низкой степени интеграции, или технологии SSI (small-scale integration). Сборка этой схемы на дискретных компонентах стоила бы усилий, поэтому вы можете увидеть преимущества даже самой примитивной технологии интегральных микросхем по сравнению с дискретными компонентами, когда задействовано большое количество элементов.

Радиолюбителям, студентам и инженерам, желающим повысить производительность, на выбор предлагаются сотни моделей операционных усилителей. Многие продаются по цене менее доллара за штуку даже в розницу. Операционные усилители специального назначения, измерительные (инструментальные) и радиочастотные, могут быть немного дороже. В этом разделе я продемонстрирую несколько популярных и доступных операционных усилителей, сравнивая их технические характеристики. Достопочтенный 741 включен в качестве «эталона» для сравнения, хотя он, как я уже говорил, считается устаревшим.

Модели операционных усилителей
Широко используемые модели операционных усилителей
МодельУстройства/корпусНапряжение питанияПолоса пропускания
Ток смещения
Скорость нарастания напряженияВыходной ток
(номер)(количество)(В)(МГц)(нА)(В/мкс)(мА)
TL082212 / 36481317
LM301A110 / 3612500.525
LM318110 / 40155007020
LM32443 / 321450.2520
LF353212 / 36481320
LF3561
10 / 36
581225
LF411110 / 364201525
741C110 / 3615000.525
LM833210 / 36151050740
LM145826 / 3618001045
CA313015 / 16150.051020

В приведенной выше таблице перечислены лишь некоторые из недорогих моделей операционных усилителей, широкодоступных у поставщиков электроники. Большинство из них доступно в розничных магазинах. Все цены ниже 1 доллара. Как вы можете видеть, между некоторыми из этих устройств наблюдается существенная разница в производительности. Возьмем, к примеру, параметр входного тока смещения: CA3130 выигрывает приз за самое низкое значение, 0,05 нА (или 50 пА), а LM833 имеет самое высокое значение, чуть более 1 мкА. Модель CA3130 достигает своего невероятно низкого тока смещения благодаря использованию MOSFET транзисторов в своем входном каскаде. Один производитель объявляет входное сопротивление 3130 равным 1,5 тераом, или 1,5 x 10

12 Ом! Другие операционные усилители, показанные здесь, с низкими значениями тока смещения используют на входах полевые транзисторы (JFET), в то время как модели с высоким током смещения используют на входах биполярные транзисторы.

В то время как 741 указывается в схемах многих электронных проектов и демонстрируется во многих учебниках, его производительность во всех отношениях давно обойдена другими конструкциями. Некоторые конструкции, даже изначально основанные на 741, с годами были улучшены, чтобы значительно превзойти первоначальные технические характеристики. Одним из таких примеров является модель 1458, два операционных усилителя в 8-выводном DIP корпусе, которая когда-то имела те же характеристики производительности, что и одиночный 741. В своем последнем воплощении он может похвастаться более широким диапазоном напряжений источника питания, скоростью нарастания напряжения в 50 раз выше и почти вдвое большим выходным током по сравнению с 741, при этом сохранив функцию защиты от короткого замыкания как в 741. Операционные усилители с полевыми транзисторами (JFET и MOSFET) на входах

значительно превосходят характеристики 741 по току смещения и, как правило, превосходят 741 по ширине полосы частот и скорости нарастания напряжения.

Мои персональные рекомендации для операционных усилителей таковы: когда приоритетом является низкий ток смещения (например, в схемах низкоскоростных интеграторов), выбирайте 3130. Для работы усилителя постоянного тока общего назначения хорошую производительность предлагает модель 1458 (и вы можете получить два операционных усилителя в одном корпусе). Для повышения производительности выбирайте модель 353, так как это совместимая по выводам замена для 1458. 353 разработан с входной схемой на полевых транзисторах для получения очень низкого тока смещения и имеет полосу пропускания, в 4 раза большую, чем у 1458, хотя его ограничение по выходному току ниже (но выход всё еще имеет защиту от короткого замыкания). Может быть, его будет труднее найти на полке вашего местного магазина радиодеталей, но он всё еще продается по разумной цене, как и 1458.

Если требуется низкое напряжение питания, я рекомендую модель 324, так как она работает при постоянном напряжении 3 В. Ее требования к входному току смещения также низки, и она предоставляет четыре операционных усилителя в одной 14-выводной микросхеме. Ее основными недостатками являются скорость, полоса пропускания, ограниченная до 1 МГц, и скорость нарастания выходного напряжения только 0,25 вольт в микросекунду. Для схем высокочастотных усилителей хорошо подходит модель «общего назначения» 318.

Операционные усилители специального назначения, доступные по скромной цене, обеспечивают лучшие технические характеристики. Многие из них выполнены для определенного типа преимуществ по производительности, таких как максимальная полоса пропускания или минимальный ток смещения. Возьмем, для примера, операционные усилители в таблице ниже, оба из которых рассчитаны на высокую пропускную способность.

Операционные усилители с высокой пропускной способностью
МодельУстройства/корпусНапряжение питанияПолоса пропусканияТок смещенияСкорость нарастания напряженияВыходной ток
(номер)(количество)(В)(МГц)(нА)(В/мкс)(мА)
CLC404110 / 1423244000260070
CLC42515 / 1419004000035090

CLC404 стоит 21,8 долларов (почти столько же, сколько первый коммерческий операционный усилитель Джорджа Филбрика, хотя и без поправки на инфляцию), а CLC425 стоит немного дешевле – 3,23 доллара за штуку. В обоих случаях высокая скорость достигается за счет высоких токов смещения и ограниченных диапазонов напряжения питания.

Некоторые операционные усилители, рассчитанные на высокую выходную мощность, перечислены в таблице ниже.

Операционные усилители с высокими выходными токами
МодельУстройства/корпусНапряжение питанияПолоса пропусканияТок смещенияСкорость нарастания напряженияВыходной ток
(номер)(количество)(В)(МГц)(нА)(В/мкс)(мА)
LM12CL115 / 800.71000913000
LM717115.5 / 36200120004100100

Да, на самом деле LM12CL имеет номинальный выходной ток 13 ампер (13000 миллиампер)! Он стоит 14,4 долларов, что не так уж и много, учитывая мощность устройства. LM7171, с другой стороны, обменивает способность высокого выходного тока на способность быстрого изменения выходного напряжения (высокой скорости нарастания напряжения). Он стоит 1,19 доллара, примерно столько же, сколько стоят некоторые операционные усилители общего назначения.

Также могут быть приобретены сборки усилителей, готовые к применению, в отличие от голых операционных усилителей. Например, корпорации Burr-Brown и Analog Devices, давно известные своими линейками прецизионных усилителей, предлагают в заранее разработанных корпусах инструментальные усилители, а также другие специализированные усилительные устройства. В конструкциях, где важны высокая точность и повторяемость после ремонта, разработчику может быть выгоднее выбрать такой заранее спроектированный усилительный «блок», а не создавать схему из отдельных операционных усилителей. Конечно, эти устройства обычно стоят немного больше, чем отдельные операционные усилители.

Оригинал статьи:

Теги

ОбучениеОУ (операционный усилитель)Электроника

Сохранить или поделиться

4.28. Лабораторный усилитель общего назначения


Операционные усилители

Некоторые типичные схемы с операционными усилителями



На рис. 4.74 показан «декадный усилитель» со связями по постоянному току с переключением коэффициента усиления, полосы пропускания и с широким диапазоном смещения выхода по постоянному току. Интегральная схема ИС1 представляет собой не инвертирующий ОУ со входом на полевых транзисторах, усиление изменяется от единицы (0 дБ) до 100 (40 дБ), шаг изменения откалиброван и равен 10 дБ; для подстройки усиления предусмотрен верньер. ИС2 — это инвертирующий усилитель; он обеспечивает смещение выходного напряжения в диапазоне + 10 В; подстройка выполняется с помощью резистора Rl4, при этом формируется ток, поступающий на суммирующий вход ИС2. Конденсаторы С2 — С4 устанавливают сопрягающую частоту усиления на высоких частотах, так как часто нежелательно иметь чересчур широкую полосу пропускания сигнала (и шумов) ИС5 представляет собой усилитель мощности для низкоомных нагрузок и кабелей; схема обеспечивает выходной ток в диапазоне ± 300 мА.

Рис. 4.74. Лабораторный усилитель постоянного тока с регулируемым усилением, полосой и сдвигом выходного напряжения.

Некоторые интересные особенности: входной резистор сопротивлением 10 МОм нельзя считать большим, так как ток смещения для ОУ типа 411 составляет 25 пА (ошибка 0,3 мВ при разомкнутом входе). Резистор R2 в сочетании с диодами Д1 и Д2 ограничивает напряжение на входе ОУ значениями от U до U+ + 0,7 В. Диод Д3 сдвигает напряжение фиксации к U + 0,7 В. так как диапазон синфазного сигнала ограничен значением U (если сигнал выходит за этот предел, то фаза выходного сигнала меняется на противоположную). При использовании показанных на схеме компонентов защиты входной сигнал может изменяться в диапазоне +150 В, не причиняя схеме вреда.

Упражнение 4.12. Проверьте, что коэффициент усиления схемы имеет указанное значение Как работает схема переменного сдвига?


Частотная коррекция усилителей с обратной связью



Практические операционные усилители — TINA и TINACloud Resources

Практические операционные усилители

Практические операционные усилители приближают их идеальный коллеги, но отличаются по некоторым важным аспектам. Разработчику схемы важно понимать различия между фактическими операционными усилителями и идеальными операционными усилителями, поскольку эти различия могут отрицательно влиять на характеристики схемы.

Наша цель — разработать детальную модель практического операционного усилителя — модель, учитывающую наиболее важные характеристики неидеального устройства. Начнем с определения параметров, используемых для описания практических операционных усилителей. Эти параметры указаны в листах технических данных, предоставляемых производителем операционного усилителя.

В таблице 1 перечислены значения параметров для трех конкретных операционных усилителей, одним из трех которых является µA741. Мы используем операционные усилители µA741 во многих примерах и проблемах в конце главы по следующим причинам: (1) они были изготовлены многими производителями ИС, (2) они встречаются в больших количествах во всей электронной промышленности, и ( 3) они представляют собой операционные усилители общего назначения с внутренней компоновкой, и их свойства могут использоваться в качестве эталона для целей сравнения при работе с другими типами операционных усилителей. Поскольку различные параметры определены в следующих разделах, следует обратиться к таблице 9.1, чтобы найти типичные значения.

Таблица 1 — Значения параметров для операционных усилителей

Наиболее существенная разница между идеальным и реальным операционными усилителями заключается в коэффициенте усиления по напряжению. Идеальный операционный усилитель имеет усиление напряжения, которое приближается к бесконечности. Фактический операционный усилитель имеет конечное усиление напряжения, которое уменьшается с увеличением частоты (мы подробно рассмотрим это в следующей главе).

Увеличение напряжения в разомкнутом контуре 5.1 (G)

Коэффициент усиления по напряжению в разомкнутом контуре операционного усилителя представляет собой отношение изменения выходного напряжения к изменению входного напряжения без обратной связи. Коэффициент усиления по напряжению является безразмерной величиной. Символ G используется для обозначения усиления напряжения разомкнутой цепи. Операционные усилители имеют усиление высокого напряжения для низкочастотных входов. В спецификации операционного усилителя указано усиление напряжения в вольтах на милливольт или в децибелах (дБ) [определено как 20log10(vвне/vin)].

5.2 Модифицированная модель операционного усилителя 

На рисунке 14 показана модифицированная версия идеализированной модели операционного усилителя. Мы изменили идеализированную модель, добавив входное сопротивление (Ri), выходное сопротивление (Ro) и синфазное сопротивление (Rcm).

Figure 14 — Модифицированная модель операционного усилителя

Типичные значения этих параметров (для операционного усилителя 741)

Теперь рассмотрим схему на рисунке 15, чтобы проверить производительность операционного усилителя. Инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя управляются источниками с последовательным сопротивлением. Выход операционного усилителя подается обратно на вход через резистор, RF.

Источники, управляющие двумя входами, обозначены vA и v1и связанные последовательные сопротивления RA и R1, Если входная схема является более сложной, эти сопротивления можно рассматривать как эквиваленты Тевенина этой схемы.

Рисунок 15 — Схема операционного усилителя

5.3 Напряжение смещения на входе (Вio)

Когда входное напряжение идеального операционного усилителя равно нулю, выходное напряжение также равно нулю. Это не так для настоящего операционного усилителя. входное смещение напряжения, Vio, определяется как дифференциальное входное напряжение, необходимое для того, чтобы сделать выходное напряжение равным нулю. Vio ноль для идеального операционного усилителя. Типичное значение Vio для операционного усилителя 741 — 2 мВ. Ненулевое значение Vio нежелательно, потому что операционный усилитель усиливает любое входное смещение, таким образом вызывая больший выход dc ошибка.

Следующая методика может быть использована для измерения входного напряжения смещения. Вместо того, чтобы изменять входное напряжение, чтобы принудить выходной сигнал к нулю, вход устанавливается равным нулю, как показано на рисунке 16, и измеряется выходное напряжение.

Рисунок 16 — Методика измерения Vio

Выходное напряжение, возникающее в результате нулевого входного напряжения, называется выходное напряжение смещения постоянного тока. Входное напряжение смещения получается путем деления этой величины на коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя.

Эффекты входного напряжения смещения могут быть включены в модель операционного усилителя, как показано на рисунке 17.

В дополнение к входному напряжению смещения, идеальная модель операционного усилителя была дополнительно модифицирована с добавлением четырех сопротивлений. Ro это выходное сопротивление, входное сопротивление операционного усилителя, Riизмеряется между инвертирующей и неинвертирующей клеммами. Модель также содержит резистор, соединяющий каждый из двух входов с землей.

Это синфазные сопротивленияи каждый равен 2Rcm, Если входы соединены вместе, как показано на рисунке 16, эти два резистора параллельны, а суммарное сопротивление Thevenin к земле Rcm, Если операционный усилитель идеален, Ri и Rcm приблизиться к бесконечности (то есть, разомкнутой цепи) и Ro ноль (т. е. короткое замыкание).

Рисунок 17 — Входное напряжение смещения

Внешняя конфигурация, показанная на рисунке 18 (a), может использоваться для нейтрализации влияния напряжения смещения. Переменное напряжение подается на инвертирующий входной терминал. Правильный выбор этого напряжения отменяет смещение входа. Аналогичным образом, рисунок 18 (b) иллюстрирует эту схему балансировки, примененную к неинвертирующему входу.

Рисунок 18 — Балансировка напряжения смещения

ЗАЯВЛЕНИЕ

Вы можете проверить балансировку напряжения смещения входа схемы 18 (a) путем имитации в режиме онлайн с помощью TINACloud Circuit Simulator, нажав на ссылку ниже.

Моделирование цепи балансировки входного смещения напряжения (a) с помощью TINACloud

Моделирование цепи балансировки входного смещения напряжения (a) с помощью TINACloud

ЗАЯВЛЕНИЕ

Вы можете проверить балансировку входного смещения схемы 18 (b) путем онлайн-моделирования с помощью TINACloud Circuit Simulator, нажав на ссылку ниже:

Моделирование схемы балансировки входного смещения напряжения (b) с TINACloud

Симуляция цепи балансировки входного смещения (b) с TINACloud

5.4 Входной ток смещения (IСмещение)

Хотя идеальные входы операционного усилителя не потребляют тока, фактические операционные усилители позволяют некоторому току смещения поступать на каждую входную клемму. IСмещение это dc ток на входной транзистор, и типичное значение 2 мкА. Когда сопротивление источника низкое, IСмещение имеет небольшой эффект, поскольку вызывает относительно небольшое изменение входного напряжения. Однако в цепях возбуждения с высоким сопротивлением малый ток может привести к большому напряжению.

Ток смещения может быть смоделирован как два потребителя тока, как показано на рисунке 19.

Рисунок 19 — Балансировка напряжения смещения

Значения этих поглотителей не зависят от полного сопротивления источника. ток смещения определяется как среднее значение двух текущих стоков. таким образом

(40)

Разница между двумя значениями поглотителя известна как входной ток смещения, Iioи дается

(41)

И ток смещения на входе, и ток смещения на входе зависят от температуры. входной температурный коэффициент тока смещения определяется как отношение изменения тока смещения к изменению температуры. Типичное значение — 10 нА /oC. входной сдвиг, текущий температурный коэффициент определяется как отношение изменения величины тока смещения к изменению температуры. Типичное значение -2nA /oC.

Рисунок 20 — Модель тока смещения на входе

Входные токи смещения включены в модель операционного усилителя на рисунке 20, где мы предполагаем, что входной ток смещения незначителен.

То есть,

Рисунок 21 (a) — Схема

Мы анализируем эту модель, чтобы найти выходное напряжение, вызванное входными токами смещения.

На рисунке 21 (a) показана схема операционного усилителя, в которой инвертирующий и неинвертирующий входы соединены с землей через сопротивления.

Схема заменена ее эквивалентом на рисунке 21 (б), где мы пренебрегли Vio, Далее мы упростим схему на рисунке 21 (c), пренебрегая Ro и Rзагрузка, То есть мы предполагаем RF >> Ro и Rзагрузка >> Ro, Требования к выходной нагрузке обычно обеспечивают соблюдение этих неравенств.

Схема далее упрощена на рисунке 21 (d), где последовательная комбинация зависимого источника напряжения и резистора заменена параллельной комбинацией зависимого источника тока и резистора.

Наконец, мы объединяем сопротивления и переключаем оба источника тока обратно на источники напряжения, чтобы получить упрощенный эквивалент рисунка 21 (e).

Рисунок 21 (b) и (c) — Входные эффекты смещения

Мы используем уравнение петли, чтобы найти выходное напряжение.

(43)

в котором

(44)

Синфазное сопротивление, Rcm, находится в диапазоне нескольких сотен Мом для большинства операционных усилителей. Следовательно

(45)

Если мы далее предположим, что Go большое, уравнение (43) становится уравнением.

(46)

Рисунок 21 (d) и (e) — эффекты смещения на входе

Обратите внимание, что если значение R1 выбирается равным, тогда выходное напряжение равно нулю. Из этого анализа мы заключаем, что dc сопротивление от V+ на землю должен равняться dc сопротивление от V К земле, приземляться. Мы используем это баланс смещения ограничение много раз в наших проектах. Важно, чтобы как инвертирующие, так и неинвертирующие клеммы имели dc путь к земле, чтобы уменьшить влияние входного тока смещения.

Рисунок 22 — Конфигурации для примера 1

Пример 1

Найдите выходное напряжение для конфигураций рисунка 22, где IB = 80 нА = 8 10-8 A.
Решение: Мы используем упрощенную форму уравнения (46), чтобы найти выходные напряжения для схемы на рисунке 22 (a).

Для схемы рисунка 22 (б), мы получаем

ЗАЯВЛЕНИЕ

Кроме того, вы можете выполнить эти расчеты с помощью симулятора цепей TINACloud, используя инструмент интерпретатора, нажав на ссылку ниже.

Моделирование цепи моделирования тока смещения на входе с помощью TINACloud

Моделирование цепи моделирования тока смещения на входе с помощью TINACloud

5.5 Синфазный отказ

Операционный усилитель обычно используется для усиления разницы между двумя входными напряжениями. Поэтому он работает в дифференциальный режим. Постоянное напряжение, добавленное к каждому из этих двух входов, не должно влиять на разницу и, следовательно, не должно передаваться на выход. В практическом случае эта постоянная или среднее значение входов делает влияет на выходное напряжение. Если мы рассмотрим только равные части двух входов, мы рассматриваем то, что известно как общий режим.

Рисунок 23 — Общий режим

Предположим, что две входные клеммы фактического операционного усилителя соединены вместе, а затем с общим источником напряжения. Это показано на рисунке 23. В идеальном случае выходное напряжение будет равно нулю. В практическом случае этот вывод не равен нулю. Отношение ненулевого выходного напряжения к приложенному входному напряжению является усиление синфазного напряжения, Gcm, коэффициент отклонения синфазного режима (CMRR) определяется как отношение dc коэффициент усиления без обратной связи, Go, для усиления общего режима. Таким образом,

(47)

Типичные значения CMRR варьируются от 80 до 100 дБ. Желательно, чтобы CMRR был как можно выше.

5.6 Коэффициент отклонения питания

Коэффициент отклонения источника питания является мерой способности операционного усилителя игнорировать изменения напряжения источника питания. Если выходной каскад системы потребляет переменную величину тока, напряжение питания может изменяться. Это вызванное нагрузкой изменение напряжения питания может привести к изменениям в работе других усилителей, использующих тот же источник питания. Это известно как наводоки это может привести к нестабильности.

коэффициент отклонения питания (PSRR) коэффициент изменения vвне к общему изменению напряжения питания. Например, если положительный и отрицательный источники питания изменяются от ± 5 В до ± 5.5 В, общее изменение составляет 11-10 = 1 В. PSRR обычно указывается в микровольтах на вольт или иногда в децибелах. Типичные операционные усилители имеют PSRR около 30 мкВ / В.

Чтобы уменьшить изменения напряжения питания, источник питания для каждой группы операционных усилителей должен быть разъединены (то есть изолированные) от других групп. Это ограничивает взаимодействие одной группой операционных усилителей. На практике каждая печатная плата должна иметь обводные линии питания, заземленные через керамический конденсатор 0.1-мкФ или танталовый 1-мкФ. Это гарантирует, что колебания нагрузки не будут значительно подаваться за счет подачи на другие карты.

5.7 Выходное сопротивление

В качестве первого шага в определении выходного сопротивления, Rвнемы находим эквивалент тевенина для части схемы операционного усилителя, показанной в рамке, показанной пунктирными линиями на рисунке 24. Обратите внимание, что мы игнорируем ток и напряжение смещения в этом анализе.

(24)

Поскольку в схеме нет независимых источников, эквивалентное напряжение Тевенина равно нулю, поэтому схема эквивалентна одиночному резистору. Номинал резистора не может быть определен с помощью комбинации резисторов. Чтобы найти эквивалентное сопротивление, предположим, что к выходным выводам приложен источник напряжения v. Затем мы вычисляем результирующий ток, iи принять соотношение v/i, Это приводит к сопротивлению Тевенину.

Рисунок 25 (часть а) — Эквивалентные схемы Тевенина

Рисунок 25 (часть б)

 

 

 

 

 

 

 

На рисунке 25 (a) показан источник приложенного напряжения. Схема упрощена до той, что показана на рисунке 25 (б).

Схема может быть дополнительно уменьшена до показанной на рисунке 25 (c), где мы определяем два новых сопротивления следующим образом:

(48)

Мы делаем предположение, что Р’A<< (Р’1 + Ri) и расширение Ri >> Р’1, Упрощенная схема результатов рисунка 25 (d).

Дифференциальное входное напряжение, vd, найдено из этой упрощенной схемы с использованием отношения делителя напряжения.

(49)

Чтобы найти выходное сопротивление, мы начнем с написания уравнения выходного контура.

(50)

Рисунок 25 (части c и d) — Сокращенные эквивалентные схемы Тевенина

Выходное сопротивление затем определяется уравнением (51).

(51)

В большинстве случаев, Rcm настолько велика, что Р’A»RA и R1«»R1, Уравнение (51) можно упростить, используя усиление напряжения нулевой частоты, Go, Результатом является уравнение (52).

(52)

ЗАЯВЛЕНИЕ

Вы можете рассчитать выходной импеданс схемы 25 (a) с помощью моделирования схемы с помощью TINACloud Circuit Simulator, щелкнув ссылку ниже.

Выходной импеданс имитации схемы операционного усилителя с TINACloud

Выходной импеданс имитации схемы операционного усилителя с TINACloud

 

Пример 2

Найдите выходное сопротивление буфера с единичным усилением, как показано на рисунке 26.

Рисунок 26 — буфер усиления Unity

 

Решение:  Когда схема рисунка 26 сравнивается с цепью обратной связи рисунка 24, мы находим, что

Следовательно,

Уравнение (51) использовать нельзя, поскольку мы не уверены, что в этом случае применимы неравенства, приводящие к упрощению рисунка 25 (c). То есть упрощение требует, чтобы

Без этого упрощения схема принимает форму, показанную на рисунке 27.

Рисунок 27 — Эквивалентная схема для буфера усиления Unity

Эта схема анализируется, чтобы найти следующие отношения:

В первом из этих уравнений мы предположили, что Ro<< (Р’1+Ri) << 2Rcm, Выходное сопротивление тогда дается

Где мы снова используем усиление напряжения нулевой частоты, Go.

 

ПРЕДЫДУЩАЯ- 4. Технические характеристики производителейСЛЕДУЮЩАЯ — 6. Компьютерное моделирование ОУ

Классификация Операционных Усилителей | Основы электроакустики

Операционные усилители,  можно разделить на несколько групп по совокупности их параметров.

1. Универсальные или общего применения (К = 103…105, ƒПР = 1…10МГц, UСМ > 0,5мВ) используются для построения узлов аппаратуры, имеющих суммарную приведенную погрешность на уровне 1%. Характеризуются относительно малой стоимостью и средним уровнем параметров.

2. Прецизионные или инструментальные (К > 0,5·106, UСМ < 0,5мВ) применяются для усиления малых электрических сигналов, сопровождаемых высоким уровнем помех, и характеризуются малым значением напряжения смещения и его температурным дрейфом, большими коэффициентами усиления и подавления синфазного сигнала, большим входным сопротивлением и низким уровнем шумов. Как правило, имеют невысокое быстродействие.

3. Быстродействующие   или  широкополосные (VUВЫХ мах > 20 В/мкс,  ƒПР >16МГц) используются для преобразования быстроизменяющихся сигналов. Они характеризуются высокой скоростью нарастания выходного сигнала, малым временем установления, высокой предельной частотой, а по остальным параметрам уступают ОУ общего назначения.

4. Микромощные ОУ(IПОТР < 1 мА) необходимы в случаях, когда потребляемая мощность жестко лимитирована, например в приборах с автономным питанием.

5. ОУ с малым входным током (IВХ < 100пА) используют входной каскад на полевых транзисторах.

6. Многоканальные ОУ имеют параметры, аналогичные усилителям других типов. Отличие в том, что в одном корпусе размещают два или четыре ОУ. Многоканальные ОУ служат для улучшения массогабаритных параметров и снижения энергопотребления аппаратуры.

7. Мощные и высоковольтные ОУ (IВЫХ ≥ 100мА, UВЫХ ≥ 15В) – усилители с выходными каскадами, построенными на мощных высоковольтных элементах.

8. ОУ с гальванической развязкой

В табл.9.1 приведены сравнительные данные для некоторых типов ОУ из различных групп. Характеристики операционных усилителей

Группа

Тип ОУ

КU0•103

UCМ, мВ

ΔUСМ/

ΔТ

мкВ/°С

IВХ, нА

f1, мГц

VUвыхмакс, В/мкс

Универсальные

К140УД7

45

4,5

50

220

0,8

0,3

К140УД22

50

10

20

0,2

5

7,5

Прецизионные

К140УД17

200

75•10-3

3

2,5

4

0,4

К140УД26

1000

30•10-3

0,6

40

20

11

Быстродействующие

К154УД2

10

2

10

15

150

К1420УД1

 

5

 

110

200

Микро-мощные

К124УД1

10

5

5

1,4

1,6

С малыми входными   токами

К1409УД1

20

15

100

50

•10-3

4,5

4,5

Многоканальные

К1401УД2 четырех-канальный

50

5

30

150

1,5

0,35

Мощные

К1040УД2

1

50

 

 

0,3

 

UВЫХ макс=22,5В; IВЫХ макс=0,5А

 

Модели операционных усилителей — операционные усилители

Модели операционных усилителей

Глава 8 — Операционные усилители

Хотя упоминание операционных усилителей обычно провоцирует видения полупроводниковых приборов, построенных как интегральные схемы на миниатюрном кремниевом чипе, первые операционные усилители были фактически схемами вакуумной трубки. Первый коммерческий операционный усилитель общего назначения был изготовлен Джорджем А. Филбриком «Исследования, Incorporated» в 1952 году. Назначенный K2-W, он был построен вокруг двух двухтрубных трубок, смонтированных в сборе с восьмеричным (8-контактным) разъем для простой установки и обслуживания в шасси электронного оборудования той эпохи. Сборка выглядела примерно так:

На диаграмме показаны две трубки, а также десять резисторов и два конденсатора, довольно простая схема, даже по стандартам 1952 года:

В случае, если вы не знакомы с работой вакуумных ламп, они работают аналогично транзисторам типа IGFET с N-канальным истощением: то есть они проводят больше тока, когда контрольная сетка (пунктирная линия) становится более положительной по отношению к катод (изогнутая линия вблизи дна символа трубки) и проводят меньший ток, когда контрольная сетка сделана менее положительной (или более отрицательной), чем катод. Двухдиапазонная трубка слева функционирует как дифференциальная пара, преобразуя дифференциальные входы (инвертирующие и неинвертирующие сигналы входного напряжения) в один усиленный сигнал напряжения, который затем подается в управляющую сетку левого триода второй пары триодов через делитель напряжения (1 МОм-2, 2 МОм). Этот триод усиливает и инвертирует выход дифференциальной пары для большего усиления напряжения, затем усиленный сигнал соединяется со вторым триодом одной и той же трубки с двойным триодом в конфигурации неинвертирующего усилителя для большего усиления тока. Две неоновые «лампы накаливания» действуют как регуляторы напряжения, аналогичные поведению полупроводниковых стабилитронов, чтобы обеспечить напряжение смещения в связи между двумя односторонними усилительными триодами.

При двойном напряжении питания + 300 / -300 вольт этот ОП-усилитель мог только размахивать своим выходом +/- 50 вольт, что очень плохо по сегодняшним стандартам. Он имел коэффициент усиления в разомкнутом контуре от 15 000 до 20000, скорость нарастания +/- 12 вольт / мкс, максимальный выходной ток 1 мА, потребляемую мощность покоя более 3 Вт (не включая мощность для нитей труб !), и стоит около $ 24 в 1952 году. Лучшая производительность могла быть достигнута с использованием более сложной схемы, но только за счет большего энергопотребления, большей стоимости и снижения надежности.

С появлением твердотельных транзисторов операционные усилители с гораздо меньшим потреблением энергии и повышенной надежностью стали возможными, но многие другие параметры производительности остались примерно одинаковыми. Возьмем, к примеру, модель Филбрика P55A, универсальный твердотельный операционный усилитель около 1966 года. P55A обладал коэффициентом разомкнутого контура 40 000, скоростью нарастания 1, 5 вольт / мксек и выходным колебанием +/- 11 вольт ( при напряжении питания +/- 15 вольт), максимальный выходной ток 2, 2 мА и стоимость 49 долл. США (или около 21 долл. США для версии «полезной марки»). P55A, а также другие операционные усилители в линейке Филбрика того времени были конструкциями с дискретными компонентами, составляющими его транзисторами, резисторами и конденсаторами, расположенными в твердом «кирпиче», напоминающем большой пакет интегральных схем.

Не сложно построить грубый операционный усилитель с использованием дискретных компонентов. Схема одного из таких схем показана на рисунке ниже.

Простой операционный усилитель, изготовленный из дискретных компонентов.

Хотя его производительность довольно мрачна по современным стандартам, она демонстрирует, что сложность не требуется для создания минимально функционального операционного усилителя. Транзисторы Q 3 и Q 4 образуют сердцевину другой схемы дифференциальной пары, полупроводниковый эквивалент первой триодной трубки в схеме K2-W. Как и в схеме вакуумной трубки, целью дифференциальной пары является усиление и преобразование дифференциального напряжения между двумя входными клеммами в одностороннее выходное напряжение.

С появлением технологии интегральных схем (IC), конструкции ОУ продемонстрировали резкое увеличение производительности, надежности, плотности и экономии. Между 1964 и 1968 годами корпорация Fairchild представила три модели операционных усилителей IC: 702, 709 и все еще популярные 741. Хотя 741 теперь считается устаревшим с точки зрения производительности, он по-прежнему остается фаворитом среди любители за его простоту и отказоустойчивость (например, защита от короткого замыкания на выходе). Личный опыт, злоупотребляющий многими 741 операционными усилителями, привел меня к выводу, что это жесткий чип, чтобы убить.,,

Внутренняя схематическая диаграмма для операционного усилителя модели 741 показана на рисунке ниже.

Принципиальная схема модели 741 op-amp.

Стандартами интегральных схем 741 является очень простым устройством: примером маломасштабной интеграции или технологией SSI . Было бы не безразлично строить эту схему с использованием дискретных компонентов, поэтому вы можете увидеть преимущества даже самой примитивной технологии интегральных схем над дискретными компонентами, в которых задействованы высокие количества деталей.

Для любителей, студентов или инженеров, желающих повысить производительность, есть буквально сотни моделей op-amp на выбор. Многие продают менее чем за доллар за штуку, даже в розницу! Спектральный инструментарий и радиочастотные (РЧ) операционные усилители могут быть немного дороже. В этом разделе я расскажу о нескольких популярных и доступных по цене операционных усилителях, сравнивая и сравнивая их технические характеристики. Достоверный 741 включен в качестве «эталона» для сравнения, хотя, как я уже говорил, считается устаревшим.

Широко используемые операционные усилители

МодельУстройства / пакетИсточник питанияПропускная способностьТок смещенияСкорость нарастанияВыходной ток
номер(Количество)(В)(МГц)(НА)(В / мкС)(МА)
TL082212/36481317
LM301A110/3612500, 525
LM318110/40155007020
LM32443/321450, 2520
LF353212/36481320
LF356110/36581225
LF411110/364201525
741C110/3615000, 525
LM833210/36151050740
LM145826/3618001045
CA313015/16150, 051020

Перечисленные в Tableabove — это лишь некоторые из недорогих моделей операционных усилителей, которые широко доступны от поставщиков электроники. Большинство из них доступны через магазины розничной торговли, такие как Radio Shack. Все они стоят менее 1, 00 долларов США от производителя (цены на 2001 год). Как вы можете видеть, между некоторыми из этих блоков существуют существенные различия в производительности. Возьмем, к примеру, параметр входного тока смещения: CA3130 выигрывает приз за наименьший, при 0, 05 нА (или 50 pA), а LM833 имеет наивысшее значение при чуть более 1 мкА. Модель CA3130 достигает своего невероятно низкого тока смещения благодаря использованию транзисторов MOSFET на входном этапе. Один производитель рекламирует входной импеданс 3130 как 1, 5 тера-Ом, или 1, 5 x 10 12 Ом! Другие операционные усилители, показанные здесь с низкими значениями тока смещения, используют входные транзисторы JFET, в то время как модели с высоким током смещения используют биполярные входные транзисторы.

Хотя 741 указан во многих электронных схемах проектов и представлен во многих учебниках, его производительность в течение многих лет превзошла другие проекты. Даже некоторые конструкции, первоначально основанные на 741, были улучшены за эти годы, намного превосходящие оригинальные спецификации дизайна. Одним из таких примеров является модель 1458, два операционных усилителя в 8-контактном DIP-корпусе, который в свое время имел те же технические характеристики, что и одиночный 741. В своем последнем воплощении он имеет более широкий диапазон напряжения питания, скорость в 50 раз больше и почти в два раза превышает выходную мощность 741, сохраняя при этом выходную защиту от короткого замыкания 741. Оптические усилители с входными транзисторами JFET и MOSFET намного превосходят показатели 741 в отношении тока смещения, и, как правило, удается обойти 741 с точки зрения пропускной способности и скорости нарастания.

Мои личные рекомендации для операционных усилителей таковы: когда низкий ток смещения является приоритетом (например, в схемах низкоскоростных интеграторов), выберите 3130. Для работы усилителя постоянного тока общего назначения 1458 обеспечивает хорошую производительность (и вы получить два операционных усилителя в одном пакете). Для повышения производительности выберите модель 353, так как это совместимая с пинсом замена для 1458. 353 спроектирована с входной схемой JFET для очень низкого тока смещения и имеет пропускную способность в 4 раза большую, чем 1458, хотя его предел выходного тока ниже (но все же защищен от короткого замыкания). Это может быть труднее найти на полке вашего дома электроники, но это так же разумно оценено, как и 1458.

Если требуется низкое напряжение питания, я рекомендую модель 324, так как она работает от постоянного напряжения 3 В постоянного тока. Его требования к входному смещению также низки, и он обеспечивает четыре операционных усилителя в одном 14-контактном чипе. Его основная слабость — скорость, ограниченная полосой пропускания 1 МГц и скоростью нарастания выходного сигнала всего 0, 25 вольт на мкс. Для высокочастотных схем усилителей переменного тока 318 — очень хорошая модель «общего назначения».

Специальные операционные усилители доступны для скромных затрат, которые обеспечивают лучшие характеристики производительности. Многие из них адаптированы для определенного типа преимуществ производительности, таких как максимальная пропускная способность или минимальный ток смещения. Возьмем, например, операционные усилители, разработанные для высокой пропускной способности в Tablebelow.

Операционные усилители с высокой пропускной способностью

МодельУстройства / пакетИсточник питанияПропускная способностьТок смещенияСкорость нарастанияВыходной ток
номер(Количество)(В)(МГц)(НА)(В / мкС)(МА)
CLC404110/1423244000260070
CLC42515/1419004000035090

CLC404 составляет 21, 80 долл. США (почти такой же объем, как первый коммерческий операционный усилитель Джорджа Филбрика, хотя и без коррекции инфляции), тогда как CLC425 довольно дешев в 3, 23 долл. США за единицу. В обоих случаях высокая скорость достигается за счет высоких токов смещения и ограничительных диапазонов напряжения питания. Некоторые операционные усилители, рассчитанные на высокую мощность, перечислены в таблице ниже.

Высокоточные операционные усилители

МодельУстройства / пакетИсточник питанияПропускная способностьТок смещенияСкорость нарастанияВыходной ток
номер(Количество)(В)(МГц)(НА)(В / мкС)(МА)
LM12CL115/800.71000913 000
LM717115, 5 / 36200120004100100

Да, LM12CL имеет номинальный ток на выходе 13 ампер (13 000 миллиампер)! Он составляет 14, 40 доллара США, что немаловажно, учитывая исходную мощность устройства. LM7171, с другой стороны, торгует высокой выходной мощностью для быстрой выходной мощности (высокая скорость нарастания). Он перечисляется в размере 1, 19 долл., Примерно так же низко, как некоторые операционные усилители общего назначения.

Пакеты усилителей также могут быть приобретены как целые прикладные схемы, а не простые операционные усилители. Компании Burr-Brown и Analog Devices, например, давно известные своими линейками прецизионных усилителей, предлагают аппаратные усилители в заранее разработанных пакетах, а также в других специализированных усилительных устройствах. В конструкциях, где важна высокая точность и повторяемость после ремонта, разработчику схемы может быть выгодно выбрать такой предварительно сконструированный «блок» усилителя, а не строить схему с отдельных ОУ. Конечно, эти устройства обычно стоят немного больше, чем отдельные операционные усилители.

Реверс-инжиниринг малошумящих операционных усилителей из аналогового компьютера 1969 года

Статья из блога Кена Ширрифа из Музея компьютерной истории

Мы восстанавливаем винтажный (1969 года, судя по маркировке чипов) компьютер, недавно найденный одним из наших сотрудников. Аналоговые компьютеры когда-то были популярны для быстрых научных расчётов, но практически вымерли в 1970-х. Интересны они совершенно отличной от цифровых компьютеров парадигмой. В данной записи я сфокусируюсь на операционных усилителях (ОУ), использовавшихся в этом аналоговом компьютере, Model 240 от Simulators Inc.


Аналоговый компьютер Model 240 от Simulators Inc. – «высокоточный настольный аналоговый компьютер общего назначения», содержащий до 24 ОУ (в данной модели их 20).

Что такое аналоговый компьютер?

Аналоговый компьютер выполняет вычисления с использованием физических, непрерывно изменяемых значений, таких, как напряжение. По контрасту с этим, цифровой компьютер использует дискретные двоичные значения. У аналоговых компьютеров долгая история – сюда входят и механизмы с шестернями, и

логарифмические линейки

, и

механические интеграторы диск-шар

, и

приливные компьютеры

, и механические системы наведения. Однако «классические» аналоговые компьютеры 1950-х и 1960-х годов используют ОУ и интеграторы для решения дифференциальных уравнений. Обычно их программировали путём подключения проводов к коммутационной панели, что приводило к появлению мешанины из проводов.


«Программирование» аналоговых компьютеров посредством подключения проводов к коммутационной панели. Эта панель от аналогового компьютера EAI

Большим преимуществом аналоговых компьютеров была их скорость. Они вычисляли результаты практически мгновенно, поскольку их компоненты работали параллельно. Цифровым компьютерам иногда подолгу требовалось пыхтеть над вычислениями. В итоге аналоговые компьютеры приносили наибольшую пользу в симуляциях реального времени. Недостатком аналоговых компьютеров было то, что их точность напрямую зависела от точности их компонентов; если вам требовалась точность до 4 знаков, вам нужны были дорогие резисторы с точностью в 0,01%. При этом цифровые компьютеры можно делать с любой точностью, просто используя больше битов. К сожалению для аналоговых компьютеров, быстрота и мощность цифровых ЭВМ росли экспоненциально, и к 1970-м уже практически не осталось причин использовать аналоговые.

Внутри аналогового компьютера

Сердце аналогового компьютера – его операционные усилители (ОУ). ОУ могут суммировать и масштабировать входной сигнал, обеспечивая простейшие математические расчёты. Что более важно, скомбинировав ОУ с точным конденсатором, можно было создавать интеграторы. Интегратор интегрировал входной сигнал по времени, заряжая конденсатор. Это позволяло аналоговым компьютерам решать дифференциальные уравнения. Может показаться странным, что интегрирование, сложная математическая операция, была базовым строительным блоком аналоговых компьютеров, но именно так работало железо.


Интеграторы аналоговых компьютеров использовали крупные точные конденсаторы. Вверху видно переменный (настраиваемый) конденсатор на 10 нФ, а большая металлическая коробка внизу – это переменный конденсатор на 10 мкФ. Эти конденсаторы делались так, чтобы утечка была крайне малой, и интегрируемое значение из них не утекало. На переднем плане – реле для выбора конденсаторов.

Аналоговые компьютеры использовали несколько потенциометров для задания входных значений и масштабирующих констант. Для обеспечения высокой точности настройки потенциометры могли поворачиваться до 10 раз. Для проверки значения потенциометров использовался вольтметр. Его также можно было использовать и для демонстрации выходных значений, однако чаще они выводились на осциллограф, диаграммную ленту или плоттер.


Сверху – цифровая секция аналогового компьютера. Внизу – потенциометры; у этой модели компьютера некоторые потенциометры отсутствуют. Вместо пустой панели слева вверху мог стоять цифровой вольтметр.

У некоторых аналоговых компьютеров были и цифровые компоненты – вентили, триггеры, моностабильные мультивибраторы и счётчики. Подобная функциональность давала возможность вести более сложные расчёты – к примеру, перебирать решения в пространстве решений. У нашего компьютера есть немного цифровой логики, к которой есть доступ через цветную коммутационную панель (на фото выше).

На фото ниже компьютер частично разобран. Внутри он оказался более сложным, чем я ожидал, со множеством монтажных плат. Мы сняли коммутационную панель, открывшую нам сетку из контактов. Кабель, подключённый к коммутационной панели, замыкает контакты и настраивает программу. За панелью у компьютера обнаружилось пять модулей: самый левый из них вынут, и лежит перед компьютером (вообще, внутри есть место для шести модулей, но один не был установлен – видимо, это удешевлённая модель, и поэтому у неё не установлено несколько потенциометров). Плата, которую видно вверху, поддерживает цифровую логику и два аналоговых умножителя. Питание и схемы для передней панели расположены внизу.


Аналоговый компьютер со снятым кожухом. Один из модулей вынут и лежит перед ним.

Ниже показано фото модуля крупным планом, а также контакты панели спереди. Сзади видно восемь плат. Слева направо на платах: четыре ОУ (4 платы), различные схемы (1 плата) и умножитель (3 платы). В аналоговом компьютере умножение было неожиданно сложно реализовать; три платы нужны для единственной схемы, перемножающей два значения.

Аналоговые компьютеры могли вычислять произвольные функции при помощи диодно-резисторных сетей. Для перемножения сети настраивались так, чтобы вычислять параболическую функцию. Умножение считалось через тождество X×Y = ((X+Y)2 — (X-Y)2)/4. Суммы и разности вычислялись посредством ОУ, а квадрат – через генератор параболической функции.


Один из модулей. «Пальцы» на передних контактах вставляются в коммутационную панель. За ними видны квадратные высокоточные резисторы (0,01%).

Операционные усилители

На фото вверху у каждого ОУ есть своя отдельная плата, заполненная различными компонентами. На каждой плате есть интегральная схема ОУ, что заставляет задуматься над тем, зачем же нужно так много других компонентов. Ответ простой – аналоговые компьютеры требовали очень чёткой работы ОУ. В частности, ОУ должны были работать с сигналами при постоянном токе и низкой частоте, но, к сожалению, ОУ очень плохо ведут себя в этом диапазоне, они больше любят высокие частоты.

В 1949 году было выработано решение для работы ОУ на низких частотах: чоппер-усилители. Идея следующая: чоппер модулирует входной сигнал, допустим, на 400 Гц. ОУ радостно усиливает этот переменный сигнал на 400 Гц. Второй чоппер демодулирует выходной переменный сигнал обратно в постоянный, что даёт гораздо лучшие результаты, чем прямое усиление постоянного сигнала. Платы для ОУ в аналоговом компьютере добавляют схему чоппера, дополняя интегральную схему ОУ и улучшая качество его работы.

Работу чоппера можно представить себе как работу амплитудного усилителя AM радиосигнала. Правда, в отличие от AM, демодуляция должна быть «фазочувствительной», чтобы отличать положительный и отрицательный сигнал.

На диаграмме (из этой брошюрки) показана схема работы платы ОУ. Идея в том, что часть входного сигнала проходит через конденсатор (фильтр верхних частот) в усилитель переменного тока. Также вход идёт в «стабилизирующий усилитель постоянного тока», на входе которого стоит чоппер. Выход демодулируется и проходит через фильтр нижних частот (резистор/конденсатор). Два выхода усилителя комбинируются и входят в «усилитель постоянного тока», выходной усилитель.

Обратите внимание на элементы для распознавания и предотвращения перегрузки. В аналоговом компьютере перегрузка может произойти довольно легко, когда вычисляемое значение окажется выше ожидаемого, и выйдет за пределы ОУ (± 10 В). В итоге результаты окажутся неправильными. ОУ отлавливает перегрузку и зажигает лампочку на панели, чтобы пользователь знал, в чём проблема. Важная часть работы программиста аналогового компьютера – понимать, как масштабировать данные, чтобы математические значения укладывались в физические ограничения системы.

На диаграмме ниже показана одна из плат ОУ. Сегодня у ОУ обычно есть положительный и отрицательный вход, но у аналоговых компьютеров обычно был только отрицательный – поэтому они суммировали данные и инвертировали их. Справа видно вход (отделённый от всех остальных контактов слева во избежание шума). Входы разбиты на три дорожки. Первая ведёт к чопперу-усилителю постоянного тока. Сигнал проходит через фильтр низких частот с целью извлечения постоянного тока и низкочастотного сигнала. Чоппер устроен просто: полевой транзистор с управляющим PN-переходом JFET переменно заземляет сигнал под управлением внешнего осциллятора на 400 Гц. Такой смодулированный сигнал подаётся на ИС ОУ Amelco 809, появившийся в 1967 году (компания Amelco, ныне забытая, когда-то играла важную роль в производстве ОУ; в частности, она сделала первый JFET ОУ). ИС – это круглый металлический цилиндрик; тогда такие корпуса были популярными, и помогали экранировать ОУ от шума. Наконец, выход ИС проходит через второй чоппер и фильтр для демодуляции.


Плата ОУ с аналогового компьютера, с размеченными функциональными группами. Хотя плата использует ОУ с ИС, для достижения необходимой эффективности работы ОУ требуется дополнительная обвеска.
С левой стороны идут контакты, и вот результат моего реверс-инжиниринга платы:
L: balance in
K: chopper ground
J: overload signal out
H: chopper drive in
F: ground
E: ground
D: -15V
C: +15V
B: op amp output
A: unused

Затем вторая входящая дорожка комбинируется с выходом усилителя постоянного тока. Большая часть ОУ основана на использовании дифференциальной пары, и эта плата не является исключением. В дифференциальной паре два транзистора выдают большое усиление разницы между двумя входящими сигналами. Входящими сигналами дифференциальной пары служат входящий сигнал платы и сигнал от чоппер-усилителя постоянного тока, поэтому она усиливает как первоначальный вход, так и постоянный сигнал. Чтобы ОУ работал правильно, два транзистора в дифференциальной паре должны быть идеально сбалансированы. В частности, транзисторы должны работать при одинаковой температуре, поэтому они соединяются металлической клипсой.


Важные транзисторы соединяются металлической клипсой, чтобы они работали при одинаковой температуре. Дифференциальная пара справа, а слева – буферные транзисторы входящего сигнала.

Третья входная дорожка идёт на усилитель переменного сигнала. Входящий сигнал проходит через фильтр высоких частот (резистор и конденсатор), а потом через простой транзисторный буфер. Сигнал «прямого распространения» комбинируется с выходом дифференциальной пары, чтобы улучшить частотный отклик усилителя. В этом месте входной сигнал усилен тремя разными способами, что даёт хорошее качество и на низких, и на высоких частотах.

Последний этап платы ОУ – выходной усилитель, дающий сильный ток, который используется в остальном компьютере. Он представляет собой усилитель класса АВ. В то время отдельным транзисторам не хватало мощности, поэтому он использует два NPN-транзистора и два PNP-транзистора.

У каждой платы вход и выход подведены к коммутационной панели. Ниже на фото панели ОУ (от А1 до А4) имеют форму кусочков пирога; входы у них зелёные, а выходы красные. ОУ, используемые в интеграторах, также подключены к интегрирующим конденсаторам.


Крупный план коммутационной панели с разъёмами для А1, А3 и А4. Входы зелёные, выходы красные. Начальные условия IC белые. Разъёмы потенциометров жёлтые.

На коммутационной панели у каждого ОУ есть несколько входных разъёмов с различными значениями резисторов для масштабирования; это числа 10 и 100 на фото. На фото ниже показаны эти высокоточные резисторы (чёрные цилиндры), напрямую подключённые к контактам коммутационной панели. Входы интеграторов управляются реле (ниже) и электронными переключателями, чтобы аналоговый компьютер мог инициализировать интегрирующие конденсаторы, запустить вычисление и сохранить результат для анализа.


Резисторы (чёрные цилиндры) напрямую подключены к контактам коммутационной панели. Реле в середине управляют различными состояниями компьютера: начальные условия, работа, удержание. Платы подключаются к зелёным контактам внизу.

Заключение

Хотя интегральные схемы с ОУ существовали в конце 1960-х, их качества не хватало для аналоговых компьютеров. Вместо этого для каждого ОУ использовалась целая плата с компонентами, комбинировавшие ИС ОУ с чопперами и другими элементами, позволявшими реализовывать высокоточный ОУ. И хотя улучшения качества ИС привели к экспоненциальному росту скорости вычислений цифровых компьютеров, аналоговые компьютеры получили, по сравнению с ними, крайне малые преимущества от ИС. В итоге цифровые компьютеры выиграли, а аналоговые компьютеры сегодня являются лишь историческими артефактами.


Съёмная коммутационная панель аналогового компьютера. Программировался он путём подключения проводов через отверстия. Панель можно снимать, поэтому пока один программист использовал компьютер, другой мог в это время подключать провода.

Я так детально описываю схему аналогового компьютера потому, что мы пытаемся восстановить его, но нам не хватает документации. Поэтому я занимаюсь реверс-инжинирингом, пытаясь понять, как восстановить его до рабочего состояния и как его программировать. Хотя схемы плат достаточно просты, в компьютере есть очень много составных частей, которые нужно проанализировать. Тяжелее всего разбираться в соединениях в плотных связках проводов, и в основном это приходится делать прозвонкой мультиметром.

Операционные усилители и их применение

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Ишимбайский нефтяной колледж

Р Е Ф Е Р А Т

по электронике на тему:

«Операционные усилители и их применение»

Выполнил: студент группы ЭП11-10

Халитов А. М.

Проверил: преподаватель Брылякова Е.А.

Ишимбай – 2010 год

СОДЕРЖАНИЕ ׃

Введение……………………………………………………………………………………………………3

1. Типы операционных усилителей……………………………………………………………..4

2. Отличительные особенности оптронов …………………………………………………..6

3. Обобщенная структурная схема……………………………………………………………10

4. Применение…………………………………………………………………………………………..10

Заключение……………………………………………………………………………………………….11

Литература………………………………………………………………………………………………..12

Введение

Операционный усилитель – универсальный функциональный элемент, широкоиспользуемый в современных схемах формирования и преобразованияинформационных сигналов различного назначения как в аналоговой, так и вцифровой технике.

Наименование «операционный усилитель» обусловлено тем, что, преждевсего такие усилители получили применение для выполнения операцийсуммирования сигналов, их дифференцирования, интегрирования, инвертированияи т. д. Операционные усилители были разработаны как усовершенствованныебалансные схемы усиления.

Усложнение схем операционных усилителей (современные операционныеусилители включают десятки, а иногда и сотни элементарных ячеек: регистров,диодов, транзисторов, конденсаторов), использование генераторов стабильныхтоков и ряд других усовершенствований существенно расширили сферу возможныхприменений операционных усилителей.

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения математическихопераций в аналоговых вычислительных машинах. Первый ламповый ОУ K2W былразработан в 1942 году Л.Джули (США). Первые ОУ на транзисторах появились впродаже в 1959 году. Р.Малтер (США) разработал ОУ Р2, включавший семьгерманиевых транзисторов и варикапный мостик. Требования к увеличениюнадежности, улучшению характеристик, снижению стоимости и размеровспособствовали развитию интегральных микросхем, которые были разработаны в лаборатории фирмы Texas Instruments (США) в 1958 г. Первый интегральный ОУmА702, имевший рыночный успех, был разработан Р.Уидларом (США) в 1963 году.В настоящее время номенклатура ОУ насчитывает сотни наименований. Этиусилители выпускаются в малогабаритных корпусах и очень дешевы, чтоспособствует их массовому распространению.ОУ представляют собой усилители медленно изменяющихся сигналов с низкимизначениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются ототдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУпочти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителяи отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того,благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различныхэлектронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем надискретных элементах. ОУ почти полностью вытеснили отдельные транзисторы вкачестве элементов схем («кирпичиков») во многих областях аналоговойсхемотехники.

1. Типы операционных усилителей В настоящее время в мире изготавливаются сотни наименований интегральныхОУ. Все это многообразие можно разделить на группы, объединенные общейтехнологией и схемотехникой, точностными, динамическими илиэксплуатационными характеристиками, причем эти группы могут пересекаться,т.е. включать общие элементы. С точки зрения внутренней схемотехники операционные усилители можноразделить на биполярные, биполярно-полевые и КМОП (на комплементарныхполевых транзисторах с изолированным затвором). В биполярно-полевых ОУполевые транзисторы с управляющим p-n переходом или МОП-транзисторы обычноиспользуются в качестве входных в дифференциальном входном каскаде. За счетэтого достигается высокое входное сопротивление и малые входные токи. Большая часть номенклатуры ОУ относится к усилителям общего назначения.Это дешевые усилители среднего быстродействия, невысокой точности и малой выходной мощности. Обычные параметры: KU = 20 000 — 200 000; Uсм = 0,1 — 20мВ; fт = 0,1 — 10 МГц. Типичные примеры: 140УД6, 140УД8, 153УД6, LF411. Быстродействующие усилители при средних точностных параметрах имеютвысокие динамические характеристики (fт = 20 — 1000 МГц, r = 10 — 1000В/мкс). Быстродействие ОУ ограничивает два обстоятельства. Во-первых, в cостав входного дифференциального усилителя входят p-n-p-транзисторы,относительно низкочастотные из-за меньшей подвижности дырок по сравнению сосвободными электронами. Во-вторых, скорость нарастания ограничена скоростьюзаряда корректирующего конденсатора Ск. Влияние первого фактора устраняют,используя во входном каскаде более быстродействующие р-канальные полевыетранзисторы. Увеличить скорость заряда Ск можно либо увеличив токдифференциального каскада, либо уменьшив емкость Ск. В первом случаеувеличивается ток потребления ОУ, а во втором ухудшается устойчивость.Повысить устойчивость можно, вводя дополнительные фазоопережающие звенья в схему усилителя или вне его. Как следствие, быстродействующие ОУ склонны кнеустойчивости. Типичные примеры: 140УД10, 574УД3, 154УД4, ОРА634. Прецизионные усилители имеют высокий дифференциальный коэффициентусиления по напряжению, малое напряжение смещения нуля и малый входной токобычно при низком или среднем быстродействии. Увеличение KU возможно путемусовершенствования каскадов усиления по напряжению или применениемтрехкаскадной схемы (например, 551УД1), что усложняет частотную коррекцию.Радикально уменьшить смещение нуля позволяе применение модуляции-демодуляции (МДМ), либо периодическая компенсация дрейфа (прерывание).Типичные примеры: 140УД26, МАХ400М, ОРА227 (без прерывания), ICL7652,140УД24, МАХ430 (с прерыванием). Микромощные усилители используются в приборах, получающих питание от гальванических или аккумуляторных батарей. Эти усилители потребляют оченьмалый ток от источников питания (например, ОУ МАХ406 потребляет ток неболее 1,2 мкА). Все другие параметры (особенно быстродействие) у них обычноневысокие. Для того, чтобы дать возможность проектировщику найти компромиссмежду малым потреблением и низким быстродействием некоторые моделимикромощных ОУ выполняют программируемыми. Программируемый ОУ имеетспециальный вывод, который через внешний резистор соединяется с общейточкой или источником питания определенной полярности. Сопротивлениерезистора задает ток системы токовых зеркал усилителя, которые выполняютфункции генераторов стабильного тока и динамической нагрузки каскадовусилителя. Уменьшение этого резистора приводит к увеличению быстродействияОУ и увеличению потребляемого тока. Увеличение — к обратному результату.Типичные примеры: 140УД12, 1407УД2, ОР22. Обычная величина тока потреблениядля микромощных и программируемых ОУ — десятки микроампер. Микромощные ОУ,как правило, допускают питание от весьма низких напряжений. Например, ОУ типа МАХ480 допускает работу от источников с напряжением от +/-0,8 до +/-18В при токе потребления 15 мкА.Если источник сигнала — однополярный (например, фотодиод), целесообразноиспользовать операционный усилитель с однополярным питанием. Это позволитпитать усилитель от одной батареи или даже элемента, например, от литиевогоэлемента напряжением 3 вольта. Основное требование, предъявляемое к ОУ соднополярным питанием, — диапазон входного синфазного сигнала долженпростираться ниже отрицательного напряжения питания (обычно привязанного кпотенциалу земли), а размах выходного напряжения должен быть ограниченснизу практически напряжением питания (потенциалом земли). Существуютусилители, диапазоны входных и выходных напряжений которых почти достигаюти верхней и нижней границы питания (так называемые, rail-to-rail вход ивыход), причем входные напряжения могут даже заходить за эти границы.Типичные примеры: МАХ495, потребляющий от однополярного источника ток 150 мкА, LMV321, потребляющий ток 145 мкА, от источника 1,8 В. Многие фирмы выпускают многоканальные усилители. Это микросхемы, имеющиена одном кристалле два, три или четыре однотипных ОУ. Например, ИМС типа140УД20 имеет в своем составе два ОУ 140УД7. Микросхемы МАХ406/407/409 иОРА227/2227/4227 включают, соответственно, один, два и четыре однотипныхусилителя. Мощные и высоковольтные операционные усилители. Большинство типов ОУрассчитаны на напряжение питания +/-15 В. Некоторые допускают питание отисточников вплоть до +/-22 В. Этого недостаточно для управления, например,пьезоэлектрическими преобразователями, для некоторых физических ибиологических исследований. Поэтому промышленность производитвысоковольтные ОУ, допускающие более высокие питающее и выходноенапряжения. К высоковольтным относят операционные усилители, имеющиеразность положительного и отрицательного питающих напряжений свыше 50вольт. Проблема повышения напряжений в интегральных полупроводниковых(монолитных) ОУ связана с трудностью создания интегральных высоковольтныхтранзисторов и прочной изоляции между элементами в кристалле. Поэтомубольшинство ОУ с напряжением питания свыше 100 В изготавливаются в видегибридных ИМС. В то же время, фирма Apex Microtechnology (США) производитполупроводниковые интегральные ОУ РА90, PA92 и РА94, с номинальнымнапряжением питания +/-200 В, выходным напряжением +/-170 В и выходнымтоком до 14 А. Операционные усилители общего применения обычно допускают выходной ток до5 мА. Для управления мощной нагрузкой применяются мощные ОУ. К мощнымобычно относят усилители, допускающие выходной ток свыше 500 мА. Примеромполупроводникового интегрального мощного ОУ может служить LM12 с выходнымтоком до 10 А и рассеиваемой мощностью до 90 Вт. Фирма Apex Microtechnologyвыпускает сверхмощный гибридный ОУ РА30, допускающий выходной ток до 100 Аи способный отдать в нагрузку мощность до 2000 Вт при жидкостномохлаждении. Дальнейшее увеличение выходной мощности усилителей возможнопутем использования режима класса D. Рекордными являются характеристики гибридного усилителя фирмы Apex SA08 с широтно-импульсной модуляцией начастоте 22 кГц: 10 кВт при напряжении до 500 В и токе до 20 А. При этом КПДусилителя достигает 98%.

2. Основные параметры ОУ

Интегральный ОУ имеет следующие основные параметры:Коэффициент усиления напряжения Kуи — отношение изменения выходного напряжения. В общем случае, коэффициент усиления ОУ, не охваченного обратной связью, равен произведению Kуи всех его каскадов. В настоящее время Kу некоторых усилителей по постоянному току превышает 3*106. Однако его значение уменьшается с ростом частоты входного сигнала, при этом суммарная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет столько изломов, сколько усилительных каскадов в ОУ. Каждый каскад на высоких частотах вносит фазовый сдвиг, который влияет на устойчивую работу ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС). Устойчивой работы усилительных каскадов ОУ добиваются введением частотной коррекции — внешних нагрузочных RC-цепей. Для стабилизации двухкаскадного усилителя обычно требуется одна цепь, трехкаскадного — две. Многие ОУ последних выпусков не требуют внешних цепей коррекции, так как в их схему уже введены необходимые элементы.

2. Частота единичного усиления f1 — значение частоты входного сигнала, при котором значение коэффициента усиления напряжения ОУ падает до единицы. Этот параметр определяет максимально реализуемую полосу усиления ОУ. Выходное напряжение на этой частоте ниже, чем для постоянного тока примерно в 30 раз.

3. Максимальное выходное напряжение Uвых.макс — максимальное значение выходного напряжения, при котором искажения не превышают заданного значения. В отечественной практике этот параметр измеряется + Uвых.макс относительно нулевого потенциала как в положительную, так и в отрицательную сторону. В зарубежных каталогах приводят значение максимального диапазона выходных напряжений, который равен 2Uвых. Выходное напряжение измеряется при определенном сопротивлении нагрузки. При уменьшении сопротивления нагрузки величина Uвых.макс уменьшается.

4. Скорость нарастания выходного напряжения VUвых — отношение изменения Uвых от 10 до 90% от своего номинального значения ко времени, за которое произошло это изменение. Параметр характеризует скорость отклика ОУ на ступенчатое изменение сигнала на входе; при измерении ОУ охвачен ООС с общим коэффициентом усиления от 1 до 10 .

5. Напряжение смещения Uсм — значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы на выходе напряжение было равно нулю. Операционный усилитель реализуется в виде микросхемы со значительным числом транзисторов, характеристики которых имеют разброс по параметрам, что приводит к появлению постоянного напряжения на выходе в отсутствие сигнала на входе. Параметр Uсм помогает разработчикам рассчитывать схемы устройств, подбирать номиналы компенсационных резисторов.

6. Входные токи Iвх — токи, протекающие через входные контакты ОУ. Эти токи обусловлены базовыми токами входных биполярных транзисторов и токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутреннее сопротивление источника сигнала, создают падения напряжений, которые могут вызвать появление напряжений на выходе в отсутствие сигнала на входе.

7. Разность входных токов . Входные токи могут отличаться друг от друга на 10…20% . Зная разность входных токов, можно легко подобрать номинал балансировочного резистора.

Все параметры ОУ изменяют свое значение — дрейфуют с изменением температуры. Особенно важными дрейфами являются:

8. Дрейф напряжения смещения DUсм

9. Дрейф разности входных токов DIвх.

10. Максимальное входное напряжение Uвх — напряжение, прикладываемое между входными контактами ОУ, превышение которого ведет к выходу параметров за установленные границы или разрушению прибора.

11. Максимальное синфазное входное напряжение Uвх.сф — наибольшее значение напряжения, прикладываемого одновременно к обоим входным выводам ОУ относительно нулевого потенциала, превышение которого нарушает работоспособность прибора. В отечественной документации приводят модуль величины Uвх.сф , а в зарубежной — диапазон.

12. Коэффициент ослабления синфазного сигнала Кос.сф — отношение коэффициента усиления напряжения, приложенного между входами ОУ, к коэффициенту усиления общего для обоих входов напряжения.

13. Выходной ток — максимальное значение выходного тока ОУ, при котором гарантируется работоспособность прибора. Это значение определяет минимальное сопротивление нагрузки. Очень важно при расчете комплексного сопротивления нагрузки учитывать, что при переходных процессах включения (выключения) ОУ значения емкостной или индуктивной составляющей сопротивления нагрузки резко изменяются, и при неправильном подборе нагрузки схема может выйти из строя.

Часто вместо значения Iвых в документации приводят минимальное значение сопротивление нагрузки Rн.мин . Большая часть ОУ, разработанных в последнее время, имеет каскад, ограничивающий величину входного тока при внезапном замыкании выходного контакта на шину источника питания или нулевой потенциал. Предельный выходной ток при этом — ток короткого замыкания Iк.з равен 25 мА .

Конструкторы и технологи микросхем ОУ постоянно ищут способы улучшения основных параметров приборов: увеличения f1,VUвых и др. Применяя схемотехнические решения и вводя новые технологические приемы, стараются снизить значения “паразитных” параметров Uсм, Iвх, DIвх и их дрейфов, а также мощность, потребляемую прибором. Как правило, достичь максимального значения для всех параметров невозможно. Достижение максимального значения одного параметра часто осуществляется за счет ухудшения другого. Так, увеличение коэффициента усиления по напряжению влечет за собой снижение частотных свойств и наоборот.

Как результат поисков и эволюции схемотехнических и технологических решений был создан ряд ОУ, который согласно квалификации по ГОСТ 4465-86 делится на:

универсальные (общего применения), у которых Куu=103…105; f1=1.5…10 Мгц;

прецизионные (инструментальные) с Куu>0.5*106 и гарантированными малыми уровнями Uсм 0.5 мВ и его дрейфа;

быстродействующие со скоростью нарастания выходного напряжения VUвых 20 В/мкс ;

регулируемые (микромощные) с током потребления Iпот<1 мА .

В зависимости от условий подачи на вход ОУ усиливаемого сигнала, а также с учетом подключения внешних компонентов можно получить инвертирующее и неинвертирующее включения усилителя. Любое схемотехническое решение с применением ОУ содержит одно из таких включений. На рис. 2а приведена модель инвертирующего включения ОУ. Так как усиление ОУ очень велико, то с небольшой ошибкой будем считать такую модель идеальной, что соответствует выполнению условийKu®Ґ и Ki®0 , где Ku и Ki — коэффициенты усиления по напряжению и току без обратной связи, а такжеRвх®Ґ и Rвых®Ґ . В этом случае коэффициент ОУ будет равен:

Знак “-“ в уравнении указывает на инвертирование фазы (полярности) выходного сигнала.

На рис. 2б приведена модель неинвертирующего ОУ. Принимая во внимание модель ОУ идеальной, как и в предыдущем случае Ku®Ґ и Ki®Ґ , Rвх®Ґ и Rвых®0 , для данной схемы

В данном случае знак “-“ отсутствует, так как фаза (полярность) выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала.

Входное сопротивление реального инвертирующего усилителя с учетом наличия обратной связи велико:

,

где Rвх.м — собственное входное сопротивление микросхемы;

Ku — коэффициент усиления микросхемы без обратной связи.

Выходное сопротивление реального неинвертирующего усилителя мало

,

где Rвых.м — собственное выходное сопротивление микросхемы

3. Схемы включения ОУ

Принципиальная схема разрабатываемого усилителя может быть выполнена с использованием дифференциальных микросхем следующих серий: К140, К153, К154, К544, К574 и др. Данные цепей частотной коррекции и цепей баланса взяты из справочной литературы по практическому применению микросхем.

Цепи частотной коррекции предотвращают самовозбуждения усилителя, а цепи баланса при большом коэффициенте усиления позволяют в отсутствии входного сигнала установить на выходе микросхемы напряжение равное нулю.

4. Применение операционных усилителей

В настоящее время в электронике широкое распространение получила цифровая обработка сигналов. Цифровые методы, основывающиеся на использовании микропроцессоров, проникли во множество областей радиоэлектроники и привели к созданию совершенно новых способов обработки сигналов. Одновременно наблюдается развитие аналоговой электроники, поскольку по мере развития систем цифровой обработки повышаются требования к качеству входных и выходных аналоговых сигналов. Операционный усилитель является базовым элементом устройств аналоговой обработки сигналов. Поэтому разработчик систем сбора, передачи и обработки измерительной информации должен обладать знаниями параметров ОУ (схем их включения и умением проектировать устройства на основе ОУ).

Заключение
Спроектированный и рассчитанный выше усилитель удовлетворяет всем требованиям технического задания.
Усилитель имеет коэффициент усиления около 70 дБ.
Коэффициент нелинейных искажений порядка 7 %.
Необходимо помнить, что микрофонный усилитель усиливает звуки, приходящие со всех сторон, и если соотношение сигнал/шум будет недостаточным, то нужно применять пространственные направляющие системы. При прослушивании человеческой речи за стенами, панелями, перегородками достаточно поместить микрофон в основание параболического рефлектора.
Дистанционное звуковое прослушивание необходимо вести с помощью дистанционных направленных микрофонов, имеющих узкую диаграмму направленности.

Литература

1. АЛЕКСЕЕВ А.Г., ВОЙШВИЛЛО Г.В. Операционные усилители и их применение. — Москва, Радио и связь, 2000 г.

2. БОЛТАЕВ А.В., ГАДЗИКОВСКИЙ В.И. и др. Усилительные устройства на интегральных микросхемах. — Свердловск, издание УПИ, 2001 г.

3. ГОЛОВИН О.В., КУБИЦКИЙ А.А. Электронные усилители. Москва, Радио и связь, 2000 г.

4. НОГИН В.Н. Аналоговые электронные устройства. — Москва, Радио и связь, 2001 г.

5. ОСТАПЕНКО Г. С. Усилительные устройства. — Москва, Радио и связь, 2003 г.

6. Проектирование усилительных устройств. Под редакцией ТЕРПУГОВА Н.В. — Москва, Высшая школа, 1999 г.

7. ЦЫКИНА А.В. Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты. — Москва, Связь, 2003 г.

8. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под редакцией ПЕРЕЛЬМАНА Б.Л. — Москва, Радио и связь, 2000 г.

9. ТЕРЕЩУК Р.М., ТЕРЕЩУК К.М. и др. Малогабаритная радиоаппаратура. Справочник радиолюбителя. — Киев, Наукова думка, 2003 г.

лучших операционных усилителей 2021 года

Примечание редактора: этот блог был первоначально опубликован в декабре 2019 года, но был обновлен для обеспечения точности.

Операционные усилители, также известные как «операционные усилители», обычно используются в аналоговых электронных схемах. Дизайнеры всех уровней квалификации часто включают эти рабочие лошадки в свои электронные конструкции.

Карл Д. Шварцель-младший из Bell Labs подал патент на «суммирующий усилитель» в 1941 году.Первоначально устройство использовалось для выполнения математических операций в аналоговых компьютерах. Таким образом, компонент заслужил «операционную» часть своего имени.

Сегодня операционные усилители являются строительными блоками многих современных аналоговых электронных схем. Устройства по-прежнему выполняют сложные математические операции, такие как интегрирование и дифференцирование. Однако благодаря своей низкой стоимости, оптимальной производительности и широкой доступности эти универсальные компоненты используются во множестве бытовых, промышленных и научных приложений.

Например, операционные усилители используются в аудиоусилителях, видеоприложениях, медицинских сенсорных интерфейсах, регуляторах напряжения, приемниках основной полосы частот, аналого-цифровых преобразователях и многом другом.

Технически операционный усилитель представляет собой усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления и дифференциальными входами. Обычно встречающиеся в виде интегральных схем (ИС), их входные и выходные клеммы могут генерировать сигналы напряжения, которые больше, чем то, что проходит через них. Операционный усилитель по существу помогает усилить сигналы, которые обычно ослабевают при прохождении через дискретные элементы в аналоговой схеме.В конечном итоге устройства производят полезный выходной сигнал.

Чрезвычайно высокий коэффициент усиления операционного усилителя не может быть изменен. Однако применение контуров обратной связи к схеме операционного усилителя может управлять усилением. В конечном счете, добавление резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности создает различные конфигурации схемы операционного усилителя, которые будут давать совершенно разные результаты.

В целом адаптивность и универсальность этого трехконтактного устройства делают его популярным компонентом во многих схемах.

Выбор подходящего операционного усилителя

Идеальный операционный усилитель должен иметь бесконечный коэффициент усиления без обратной связи, бесконечный входной импеданс, нулевой выходной импеданс и бесконечную частотную характеристику с нулевым шумом и искажениями.На самом деле ни один операционный усилитель не может удовлетворить всем этим требованиям.

Операционные усилители общего назначения хорошо работают во многих схемах. Однако для некоторых приложений могут потребоваться более высокие характеристики специальных операционных усилителей.

Чтобы удовлетворить различные требования к дизайну различных приложений, разработчики должны учитывать несколько факторов, чтобы убедиться, что они выбирают правильный операционный усилитель. Эти ключевые атрибуты перечислены ниже.

Коэффициент усиления

Одной из наиболее отличительных характеристик операционного усилителя является его высокий коэффициент усиления.

Усиление измеряет коэффициент усиления операционного усилителя — или насколько больше величина его выходного сигнала по сравнению с его входным сигналом. Обычно его называют «усиление без обратной связи» или «усиление напряжения большого сигнала».

Коэффициент усиления без обратной связи измеряет коэффициент усиления операционного усилителя без положительной или отрицательной обратной связи. Когда указывается усиление без обратной связи, оно представляет собой максимальное усиление переменного тока на очень низких частотах. В идеале усиление операционного усилителя должно быть бесконечным. Однако реальные значения обычно находятся в диапазоне от 20 000 до 200 000 Ом.

Для сравнения, большой коэффициент усиления по напряжению сигнала (также известный как AVD) отображает отношение изменения выходного сигнала к дифференциальному изменению напряжения на входе. Оно измеряется при постоянном токе — на низкой частоте — и усилитель выдает большое выходное напряжение. Как правило, он предпочтительнее коэффициента усиления разомкнутого контура, обычно в виде В/мВ. Это усиление заметно измеряется без выходной нагрузки. Таким образом, он учитывает эффекты загрузки.

Количество каналов

Наиболее распространенное количество каналов для операционного усилителя — 1, 2 или 4.Однако они могут иметь от 1 до 8 каналов.

Входной импеданс и выходной импеданс

Как правило, входной и выходной импеданс операционного усилителя показывают взаимосвязь между напряжением и током.

Входное сопротивление показывает, насколько больше будет протекать ток при увеличении напряжения или насколько уменьшится ток при уменьшении напряжения.

В идеале это значение должно быть бесконечным. Реальные операционные усилители имеют очень высокий входной импеданс (типичные значения могут составлять сотни миллионов Ом).Основным преимуществом высокого входного импеданса является то, что для создания напряжения требуется очень небольшой ток от источника.

Выходное сопротивление, напротив, в идеале равно нулю. Однако большинство реальных операционных усилителей на основе интегральных схем имеют очень малые значения выходного импеданса, менее одной сотой ома.

Полоса пропускания и усиление полосы пропускания Продукт

Идеальный операционный усилитель должен иметь бесконечную полосу пропускания и быть способным усиливать сигнал любой частоты от постоянного до самых высоких частот переменного тока.Однако полоса пропускания реальных операционных усилителей может усиливать звук только в определенном диапазоне частот. Как только частота превысит предел, операционный усилитель не сможет воспроизводить звук.

Коэффициент усиления полосы пропускания (GBP) описывает частоту, при которой усилитель операционного усилителя становится равным единице. Этот коэффициент позволяет разработчикам достичь максимального усиления, которое операционный усилитель может обеспечить для заданной частоты.

Скорость нарастания

Скорость нарастания операционного усилителя — это скорость изменения выходного напряжения, вызванная ступенчатым изменением на входе.Он измеряется как способность операционного усилителя изменять свое выходное напряжение на определенную величину за заданный промежуток времени.

В идеале операционный усилитель должен иметь бесконечную скорость нарастания. Это означало бы, что выходной сигнал усилителя был бы усиленной копией входного сигнала без искажений.

В реальной конструкции чем выше скорость нарастания, тем быстрее может изменяться выходной сигнал. Разработчики также должны знать, что значения изменения скорости нарастания зависят от типа используемого операционного усилителя. Таким образом, маломощные операционные усилители могут обеспечивать значение скорости нарастания в один вольт в микросекунду, в то время как более быстрые операционные усилители могут обеспечивать скорость нарастания 1000 вольт в микросекунду.

Шум

Идеальный операционный усилитель должен иметь нулевой шум. К сожалению, все операционные усилители содержат несколько внутренних источников шума, таких как токовый шум, шум резистора и т. д. Они измеряются на выходе и относятся к входам. Эквивалентное входное шумовое напряжение является наиболее значимым типом шума. Это также зависит от пропускной способности. В целом, разработчики должны стремиться к тому, чтобы это значение шума было как можно меньше.

Максимальное входное напряжение смещения

Когда оба входа операционного усилителя равны нулю, в идеале операционный усилитель должен выдавать нулевой выходной сигнал.Однако из-за несовершенства производства дифференциальные входные транзисторы в реальных операционных усилителях могут не соответствовать друг другу. Таким образом, на входе должно быть приложено небольшое дифференциальное входное напряжение, чтобы обеспечить нулевой выходной сигнал. Это входное напряжение смещения, и оно должно быть небольшим.

Максимальное напряжение питания

Каждый операционный усилитель имеет допустимый диапазон рабочего напряжения. Таким образом, разработчики не должны превышать максимальное напряжение питания операционного усилителя в любом конкретном приложении.

В целом, при принятии решения о том, какой операционный усилитель использовать в проекте, разработчики должны учитывать эти факторы и то, как они влияют на конкретные требования к конструкции для каждого приложения.

Sourcengine предоставляет обширную глобальную базу данных, содержащую более 500 миллионов уникальных деталей, которую дизайнеры могут просматривать в любое время и в любом месте для удовлетворения потребностей проекта. Для каждого элемента также доступны бесплатные таблицы данных и технические характеристики.

Ниже приводится краткое описание 10 самых популярных операционных усилителей.

1.   LM358ADT STMicroelectronics

Как и LM358DT, эта часть состоит из двух независимых операционных усилителей с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией.Сдвоенный операционный усилитель предназначен для работы в широком диапазоне напряжений от одного источника питания. Устройство, доступное в корпусе SOIC-8, имеет широкую полосу пропускания 1,1 МГц (единичное усиление). Компонент имеет типичное входное напряжение смещения 1 мВ, максимальный входной ток смещения 10 нА и максимальный входной ток смещения 50 нА (с температурной компенсацией).

2. LMV358IDGKR Texas Instruments Inc.

Этот двухканальный низковольтный операционный усилитель с линейным выходом хорошо подходит для приложений, требующих низкой стоимости, экономии места и работы при низком напряжении.Деталь поставляется в корпусе VSSOP-8 и рассчитана на работу при напряжении от 2,7 В до 5 В при малом токе питания 210 мкА. Эти устройства используются в различных приложениях, включая профессиональные аудиомикшеры, системы HVAC, настольные компьютеры и многое другое.

3. LM358AN ON Semiconductor

Этот двойной операционный усилитель с одним источником питания поставляется в корпусе DIP-8. Это то же самое, что и LM358N. Однако максимальное входное напряжение смещения составляет 3 мВ, а максимальный входной ток смещения — 30 нА.Он работает с нетипичным входным током смещения 45 нА и максимальным входным током смещения 100 нА. Эти значения ниже, чем у LM358N.

4. LM358N/NOPB Texas Instruments Inc.

LM358N имеет внутреннюю частотную компенсацию и поставляется в корпусе DIP-8. Это операционный усилитель с двумя входами, который имеет типичное входное напряжение смещения 2,9 мВ и типичный входной ток смещения 5 нА. Типичный входной ток смещения устройства составляет 45 нА, а максимальный — 250 нА.

5. UA741CP Texas Instruments

UA741CP — это одиночный операционный усилитель общего назначения с макс. смещением 7500 мкВ. Он поставляется в трубке PDIP8 и обеспечивает защиту от короткого замыкания и возможность нулевого напряжения смещения. Устройство имеет внутреннюю частотную компенсацию, которая помогает обеспечить стабильность без внешних компонентов. Его диапазон напряжения питания составляет ±15 В с большим коэффициентом усиления по дифференциальному напряжению сигнала 200 В/мВ. Широкий диапазон синфазного входного напряжения усилителя и отсутствие защелки делают его подходящим для применения в повторителях напряжения.

6. LM358DT STMicroelectronics

Как и LM358ADT, LM358DT представляет собой двухфункциональный операционный усилитель, предназначенный для работы в широком диапазоне напряжений от одного источника питания. Два независимых операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией поставляются в корпусе SOIC8. Устройство имеет нетипичное входное напряжение смещения 2 мВ и входной ток смещения 2 нА. Широкая полоса пропускания компонента составляет 1,1 МГц, и он может поддерживать два источника питания с диапазоном ±16 В.Его большой коэффициент усиления по напряжению сигнала составляет 100 В/мВ.

7. LM324N Texas Instruments Inc.

Этот маломощный счетверенный операционный усилитель имеет широкую полосу усиления 1,3 МГц, максимальное входное напряжение смещения 5 мВ и низкий входной ток смещения 20 нА. Он поставляется в корпусе типа PDIP14 с максимальным смещением 9000 мкВ.

8. MCP6001T-I/OT Microchip Technology Inc.

MCP6001T-I/OT разработан для маломощных и недорогих приложений общего назначения.Один операционный усилитель работает в промышленном диапазоне температур от -40°C до +85°C. Типичное значение полосы пропускания для устройства составляет 1 МГц, и оно поставляется в корпусе типа SOT-23. Это семейство операционных усилителей может работать от одного источника питания с напряжением всего 1,8 В и потреблять ток покоя 100 мкА (типовой). Обычное использование включает аналоговые фильтры, ноутбуки и карманные компьютеры, автомобильные приложения и многое другое.

LM324AMX/NOPB представляет собой четыре операционных усилителя с внутренней компенсацией в одном корпусе SOIC14.Он работает от одного источника питания в широком диапазоне напряжений от 3 до 32 В. Маломощный операционный усилитель общего назначения обеспечивает большой коэффициент усиления по напряжению сигнала около 100 В/мВ. Он также имеет широкую полосу усиления 1 МГц с низким входным током смещения 45 нА. Низкое входное напряжение смещения 2 В и ток смещения 5 нА.

10. LM741H Texas Instruments Inc.

LM741H — это однофункциональный операционный усилитель с защитой от перегрузки на входе и выходе.В частности, нет защелки, когда превышен диапазон синфазного режима. Операционный усилитель общего назначения работает с диапазоном напряжения питания ±15 В и максимальным диапазоном напряжения питания ±22 В. Его полоса пропускания составляет до 1,5 МГц, а коэффициент усиления по напряжению сигнала составляет 200 В/мВ. Устройство поставляется в корпусе TO-99-8 и является прямой заменой других операционных усилителей, таких как 709C, MC1439, LM201 и других.

Дизайнеры и покупатели могут найти цены и сроки изготовления этих 10 популярных операционных усилителей, выполнив поиск в глобальной базе данных электронной коммерции Sourcengine.Войдя в Sourcengine, покупатели увидят предпочтительные цены и получат полный доступ к параметрическим данным для более чем 500 миллионов транзакционных компонентов на нашем рынке.

Выбор и отслеживание операционного усилителя общего назначения | Блоги

Дэвид Бортолами

|&nbsp Создано: 5 августа 2020 г. &nbsp|&nbsp Обновлено: 13 августа 2020 г.

Введение

В жизни мало что приносит такое удовлетворение, как завершение отладки цепочки аналоговых/цифровых сигналов.Когда вы понимаете, что ваша схема работает так, как задумано. Этот очаровательный микроконтроллер дает чистый и разборчивый сигнал; наконец-то вы можете вознаградить себя получасом прокрастинации на YouTube, потому что вы чего-то добились в тот день.

Успех любой схемы строится главным образом на вашей способности выбирать правильные компоненты для работы. Каждая компания, занимающаяся электронным бизнесом, сталкивается с трудностями при выборе ИС общего назначения. Многие инженеры отдают предпочтение желейным транзисторам, логическим элементам или светодиодам SMD.Я знаю, что высокоэффективные синие светодиоды обратного монтажа вызывают у меня детские слезы радости, и я не единственный. Создание обширной библиотеки компонентов , которые вы можете использовать снова и снова, может снизить производственные затраты и упростить инженерные работы, необходимые для запуска новых продуктов на рынке.

Поскольку это, вероятно, самый гибкий аналоговый компонент в нашем арсенале, выбор правильного операционного усилителя особенно важен. Правильный операционный усилитель может изменить ситуацию между бесконечными проблемами качества и производительности и стабильным десятилетним производством, в котором вам едва ли нужно пошевелить пальцем.

Я немного влюблен в LM324DT и не боюсь признаться в этом. Я использую его в течение нескольких лет в серии доступного научного оборудования для преподавания физики и электронной инженерии в некоторых ведущих университетах мира.

Какие наиболее важные параметры следует учитывать при выборе операционного усилителя общего назначения?

Количество цепей

Огромные куски кремния, такие как FPGA и компьютерные процессоры, имеют цену, которая в основном определяется площадью поверхности кремниевого кристалла (включая ее влияние на производительность), дефицитом очень плотных технологических процессов, таких как 5 нм, стоимостью интеллектуальной собственности, исследований и разработок.Небольшие аналоговые и цифровые компоненты не подчиняются одним и тем же правилам. Многим операционным усилителям, которые мы могли бы рассматривать как достойные решения общего назначения, уже более 20 лет, и проданы миллиарды штук. Все затраты на исследования и разработки уже давно окупились, а производственные процессы успешно работают в течение десятилетий параллельно в нескольких отдельных экономических блоках.

При оптовых закупках простые микросхемы общего назначения неизменного качества почти всегда стоят около трех центов, особенно при покупке не напрямую с завода, а через посредника.Большая часть стоимости связана с голой матрицей, тестированием, упаковкой и доставкой.

Цена на одноконтурные и многоконтурные операционные усилители не сильно отличается, так как большая часть процесса одинакова.

Использование многоконтурных операционных усилителей позволяет сэкономить место на плате, развязывающие конденсаторы и затраты на сборку. Дополнительные операционные усилители также можно использовать для повышения производительности и надежности, например, путем добавления входных и выходных повторителей в чувствительные аналоговые подсхемы, что делает их работу независимой от импеданса источников и нагрузок.

По возможности следует объединять несколько отдельных операционных усилителей в одну ИС. Оставление некоторых неиспользуемых операционных усилителей также может помочь вам на этапе разработки.

Источник питания

Наиболее важными параметрами источника питания операционного усилителя являются диапазон напряжения питания, потребляемая мощность и PSRR (коэффициент подавления источника питания).

Потребляемая мощность операционного усилителя

, как и для большинства аналоговых ИС, обычно измеряется в миллиамперах (или микроамперах), а не в милливаттах.

Требования к питанию будут различаться в зависимости от того, питается ли ваш продукт от батареи или нет. За последнее десятилетие нам повезло с новым поколением маломощных и высокоточных операционных усилителей, но цена еще не опустилась до уровня интегральных схем, которые непрерывно производились более 40 лет. Потребляемая мощность в несколько микроватт типична для современных КМОП-схем, но милливаттный диапазон BJT по-прежнему остается наиболее доступным.

PSRR более 100 дБ безопасно находится в области «не нужно об этом беспокоиться» для операционного усилителя общего назначения.

LM324DT имеет PSRR 100 дБ, ток питания 375 мкА (умножить на четыре усилителя, что составляет 1,5 мА) и может использоваться при напряжении 5 В. В техническом описании указана работа с однополярным питанием от 3 В, но поскольку при 1,5 В можно использовать только половину входного напряжения и ограниченный выходной ток, это вряд ли стоит рассматривать.

Для использования при напряжении 3,3 В я настоятельно рекомендую операционный усилитель Rail-to-Rail Input and Output (RRIO) CMOS, такой как Microchip MCP6001. Этот операционный усилитель является одной из самых продаваемых ИС всех времен, в первую очередь из-за низкой стоимости и соответствия многим требованиям, но есть некоторые компромиссы, которые следует учитывать.По сравнению с операционными усилителями BJT аналогичной стоимости напряжение смещения довольно посредственное. Пикоамперный входной ток может быть проблематичным, если печатная плата спроектирована неправильно. Внедрение защитных дорожек во все ваши проекты может быть довольно раздражающим, а низкие токи смещения подвергают ваши платы изменению производительности из-за загрязнения окружающей среды и производственных процессов.

Внедрение защитных трассировок  не всегда так просто, как это обычно подразумевается в спецификациях.

В последние годы многие сборщики печатных плат перешли на использование полностью нечистых или водорастворимых флюсов, чтобы сократить загрязнение окружающей среды.Это изменение заставляет меня гордиться нашей отраслью, но неправильно очищенные водорастворимые флюсы могут оставлять гигроскопичные остатки. Такие остатки, активируемые влажностью окружающей среды, могут вызвать увеличение тока утечки. В конструкциях, где входной ток смещения имеет величину порядка нескольких наноампер, это редко является проблемой, но следует соблюдать осторожность при использовании КМОП-усилителей с входными токами на уровне пикоампер.

Ввод

Что я всегда хотел от усилителя общего назначения, так это низкое входное напряжение смещения, ток смещения, достаточно низкий для большинства приложений, но не слишком низкий, чтобы усложнить нашу конструкцию печатной платы защитными дорожками.Эти входы могут быть максимально приближены к шинам питания и иметь хороший CMRR (коэффициент подавления синфазного сигнала).

Если операционный усилитель не может быть достаточно близко к земле, мы не можем использовать его практически в качестве неинвертирующего усилителя с однополярным питанием, не прибегая к виртуальному заземлению. Взаимодействие с АЦП также становится все более сложным, особенно когда АЦП встроен в микроконтроллер.

Совсем другое дело подобраться ближе к верхней направляющей.

Операционные усилители

Rail-to-rail имеют тенденцию снижать характеристики, такие как входной ток смещения и коэффициент ослабления синфазного сигнала (CMRR), когда они приближаются к верхней шине питания. Некоторые из них используют встроенную схему подкачки заряда для создания внутреннего напряжения выше, чем на верхней рейке, но кремниевые конденсаторы в кристалле увеличивают стоимость и сложность. Промышленности потребовалось много лет, чтобы достичь сравнимой производительности между стандартными операционными усилителями и RRIO, годы, которые стандартные операционные усилители использовали для того, чтобы становиться все дешевле и дешевле.

В конце концов, приближаться к верхней направляющей полезно, но не обязательно в большинстве случаев. Большинство схем можно спроектировать так, чтобы они работали так же хорошо между землей и 4 В, а не между землей и 5 В. Цифры не будут такими красивыми и всесторонними, но в жизни случаются худшие трагедии.

Входное напряжение смещения должно поддерживаться на уровне менее 5 мВ (1/1000 от диапазона 0–5 В), чтобы его можно было использовать в самом широком спектре приложений общего назначения.

Ток смещения менее 100 нА должен быть достаточным для большинства практических применений.С входным резистором 100 кОм это будет означать дополнительные 10 мВ смещения.

LM324ST имеет ток смещения 20 нА, что эквивалентно 2 мВ при 100 кОм смещения, того же порядка, что и напряжение смещения 3 мВ (наихудший случай при температуре окружающей среды).

Выход

Я хотел бы, чтобы операционный усилитель имел выходной ток не менее 20 мА при напряжении питания 5 В для управления простыми низкочастотными RC-фильтрами и был полезен для буферизованных выходов.

В идеале выход должен располагаться как можно ближе к верхней направляющей, но только операционные усилители CMOS RRIO (Rail-to-Rail Input and Output) допускают это.

Подобно тому, как входной ток смещения и CMRR могут ухудшаться, когда входное синфазное напряжение приближается к верхней планке, выходные каскады КМОП-усилителей обычно хуже работают при приближении к V+.

Многие аналоговые схемы требуют объединения двух или более операционных усилителей, поэтому использование микросхем с одинаковыми характеристиками как на входе, так и на выходе часто приводит к более простой конструкции.

Мои любимые операционные усилители

Выбор операционного усилителя иногда может напоминать брак.Выбирайте неразумно, и вы быстро станете обиженными и деспотичными. Но если вам повезет, с каждым днем ​​вы обнаружите, что благодарны своему выбору немного больше, в конце концов, оглядываясь назад и улыбаясь ему.

Ни один операционный усилитель не подходит для всех приложений. Но есть один операционный усилитель, который я могу установить почти в каждый продукт и найти для него место, и это LM324DT от ST Microelectronics.

Это также один из немногих компонентов от крупного бренда, доступный по цене, как те, что вы можете найти на рынках Шэньчжэня, цена которых снижена почти до 0.03 доллара США (и это за 4 операционных усилителя!).

Единственным серьезным недостатком LM324DT является ограниченная производительность при питании от 5 В или 3,3 В.

К счастью, существует множество альтернативных операционных усилителей для низковольтных приложений с аналогичными характеристиками. Texas Instruments производит низковольтный вариант LM324, LM324LV. Microchip производит очень популярный MCP6001 и его многосхемные варианты.

При разработке бардов, для которых стоимость не является главным фактором, например таких высокотехнологичных кустарных инструментов, как мой прибор на эффекте Холла, я предпочитаю Analog Devices AD8605.CMRR не лучший в отрасли, но все остальное просто поразительно.

Отслеживание всех операционных усилителей

За последние десятилетия напряжение питания большинства конструкций значительно снизилось. Во-первых, мы видели, как самые известные семейства микроконтроллеров перешли с 5 вольт на 3,3 вольта. В последнее время, когда все больше и больше устройств используют тонкие одноэлементные литиевые батареи, а снижение энергопотребления становится еще более важным, мы стали свидетелями роста популярности микроконтроллеров на 1,8 В.

Вполне разумно ожидать, что LM324DT и другие подобные операционные усилители устареют и потеряют популярность в ближайшие годы. Если ведущие американские производители решат прекратить производство из-за его убыточности, как это произошло в 2018 году с кризисом MLCC, ненадежные подделки могут наводнить рынок и вызвать резкие колебания цен.

Более современные операционные усилители с низким напряжением и меньшим энергопотреблением неизбежно заменят мой любимый LM324DT, когда придет время.

Вопросы цепочки поставок могут сделать меня слишком драматичным, но наша работа как инженеров — оценивать и сдерживать неопределенность будущего. Такие вездесущие компоненты, как операционные усилители общего назначения, должны тщательно отслеживаться и разумно управляться в каждом проекте.

Как отслеживать операционные усилители с помощью Altium Concord Pro и Altium 365

Одна из функций, которая заставила меня влюбиться в Altium Concord Pro, — это « Где используется ». Это не кричаще. Он не покрывает половину пользовательского интерфейса. Он едва упоминается в документации или маркетинговых материалах, но это лучшее изобретение со времен нарезанного хлеба.

Эта функция показывает, где используются ваши компоненты внутри панелей компонентов и проводника.

Рисунок 1. «Где используется» внутри панели обозревателя

Чтобы воспользоваться преимуществами «Где используется», вам не нужно ничего делать, кроме как регулярно использовать Concord Pro, независимо от того, работает ли он самостоятельно или работает в облаке Altium 365. Программное обеспечение будет отслеживать использование компонентов и автоматически связывать ваши проекты и управляемые листы схем с компонентами в ваших библиотеках.

В этом примере я создам два проекта и управляемый лист схемы.Одна плата будет представлять собой биполярный токовый насос Howland, одну из моих самых любимых аналоговых схем, предназначенную для работы от источника питания 12 В.

Рис. 2. Упрощенный источник тока Howland, реализованный на LM324DT.

Если вы хотите углубить свое понимание того, как работает эта схема, я рекомендую прочитать AN-1515 «Всестороннее исследование токового насоса Howland» от Texas Instruments.

Вместо того, чтобы выполнять обычный процесс рисования символов, посадочных мест, поиска таблицы данных и документирования параметров компонентов, я могу воспользоваться панелью «Поиск деталей производителя», чтобы загрузить LM324DT непосредственно на мой сервер Concord Pro, размещенный на Altium 365. .

Рис. 3. Получение компонента из панели поиска запчастей производителя.

Вторая плата представляет собой простой источник тока на одном операционном усилителе. Отрицательная обратная связь поддерживает стабильное напряжение на резисторе R5 и, следовательно, ток, проходящий через внешнюю нагрузку. В отличие от источника тока Howland, выход не привязан к земле.

Рис. 4. Простой источник тока на одном операционном усилителе.

Оба текущих источника являются частью отдельного проекта, который можно загрузить в Concord Pro на Altium 365, щелкнув правой кнопкой мыши файл проекта и выбрав «Сохранить на сервер».

Рисунок 5. Окно «Зафиксировать проект на сервере».

Пара цепей действует как преобразователи напряжения в ток, и в определенных приложениях может быть полезно простое ограничение напряжения на их входах, поэтому я разработал схему, чтобы быстро интегрировать ее там, где это необходимо.

Рис. 6. Пример листа схемы, который скоро будет управляться.

Лист схемы можно загрузить в облако, выбрав папку «Managed Schematic Sheets» в качестве места назначения.

Рисунок 7.Загрузка управляемого листа схемы.

После сохранения проекта и загрузки управляемого листа схемы мы можем еще раз взглянуть на панель компонентов. LM324DT был изначально добавлен в нашу библиотеку в облаке, когда мы его приобрели, но Concord Pro никогда не переставал работать в фоновом режиме, чтобы наши данные были актуальными и хорошо интегрированными.

Прокрутив в конце панели компонентов, мы можем увидеть, в каких проектах и ​​листах схем присутствует LM324DT.

Рисунок 8.Панель компонентов, отображающая функцию «Где используется».

Заключение

Выбор идеального операционного усилителя для вашего приложения непрост, и необходимо сделать несколько компромиссов. Однако большинство компаний решают основывать большую часть своей продукции на ограниченном количестве универсальных операционных усилителей, чтобы облегчить разработку, сократить перечень материалов и снизить затраты на сборку.

Altium Concord Pro® позволяет командам инженеров любого размера с первого взгляда понять, где используются их компоненты, и принимать эффективные с точки зрения затрат и времени решения.

Чтобы испытать на себе преимущества современного облачного решения, которое обеспечивает глубокие перекрестные связи и дополняет ваши проектные данные, начните пробную версию Altium 365® сегодня. Хотите узнать больше о том, как Altium может помочь вам в разработке вашей следующей печатной платы? Поговорите с экспертом Altium.

Операционный усилитель — LM741, одиночный, общего назначения, 8-контактный DIP

97B 90˚C 1.5MHz 90дБ 80nA 20Na 90 МВт 96 дБ
Входное сопротивление 2,0 МОм
Макс. Дифференциальное входное напряжение ±30 В
Макс.Устойчивость к электростатическим разрядам 400 В
Макс. Входной ток смещения 200 нА
Макс. Входное напряжение смещения 6,0 мВ
Макс. Входное напряжение ±15 В
Макс. Температура перехода 100˚C
Макс. Длительность короткого замыкания на выходе Непрерывно
Макс. Потребляемая мощность 85 мВт
Макс.Рассеиваемая мощность 500 мВт
Макс. Ток питания 2,8 мА
Макс. Напряжение питания ±18 В
Максимальный входной ток смещения 500 нА
Мин. Коэффициент подавления синфазного сигнала 70 дБ
Мин. Диапазон входного напряжения ±12 В
Мин. Усиление напряжения большого сигнала 20 В/мВ
Мин.Коэффициент подавления напряжения питания 77B 77B
Диапазон рабочих температур 0˚C до + 70˚C
Диапазон температуры хранения -65˚C до + 150˚C
Пропускная способность
Типичный синфазного Коэффициент подавления
Типичные Входной ток смещения
Типичный входной ток смещения
Типичные ввода Напряжение смещения 2.0MV
Диапазон регулировки напряжения входного ввода ± 15MV
± 13 В ± 13 В
Типичный большой большой усиление сигнала напряжение 200V / MV
Типичный вывод Короткий цепь Текущий 25ma 25ma
Типичные выходные напряжения ± 14V ± 14V
Типичный энергопотребление 50 МВт
Типичный ставок 0.5V / μs
Типичный ток питания 1,7 мА
96DB
Типичный переходный ответ превышают 5%
Типичный временный отзыв 0,3 мкс

Какие типы операционных усилителей доступны? | Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

1. Классификация на основе используемого производственного процесса
Операционные усилители можно разделить на два типа в зависимости от используемого производственного процесса: КМОП и биполярные.Поскольку операционные усилители на КМОП являются устройствами, управляемыми напряжением, они работают с низким входным постоянным током смещения (I I ) и, следовательно, потребляют мало энергии. Однако из-за низкого выдерживаемого напряжения типичных КМОП-процессов КМОП-операционные усилители обычно используются для приложений с напряжением 5 В или более низким напряжением. Напротив, биполярные процессы выдерживают более высокое напряжение, чем процессы CMOS. Биполярные операционные усилители Toshiba с одно- и двухполярным питанием можно использовать при напряжении питания 12 В и ±18 В соответственно.
Кроме того, биполярные операционные усилители выгодно отличаются от КМОП-усилителей с точки зрения шума 1/f.Основной причиной этого шума является кристаллическая неупорядоченность кремния, в изобилии присутствующая на поверхности пластины. Следовательно, биполярные транзисторы с интерфейсом перехода глубоко внутри устройства производят меньше шума 1/f, чем МОП-транзисторы с интерфейсом перехода близко к поверхности устройства. Однако в последние годы из-за постоянного совершенствования процессов КМОП появляются малошумящие КМОП-операционные усилители. Поэтому в настоящее время операционные усилители CMOS используются в большинстве приложений.

2.Классификация по типу источника питания
Существует два типа операционных усилителей: с одним источником питания и с двойным источником питания. В случае операционного усилителя с однополярным питанием V CC положителен по отношению к GND. В случае операционного усилителя с двойным питанием V CC является положительным, а V EE отрицательным по отношению к GND. Даже операционные усилители с однополярным питанием можно использовать с двумя источниками питания, если разница между минимальным и максимальным напряжением питания не превышает диапазон дифференциального входного напряжения, указанный в таблице абсолютных максимальных значений.(В этом случае следует проявлять осторожность в отношении шума источника питания, поскольку каждый источник питания в операционном усилителе не связан с GND.)
Однако диапазон напряжения питания типичных операционных усилителей обычно смещен в сторону GND (отрицательной), что уменьшает диапазон допустимого положительного напряжения питания. В качестве примера ниже показаны некоторые электрические характеристики TC75S51FU. Его синфазное входное напряжение (CMV IN ) указано в диапазоне от 0 до 2,5 В. CMV IN — это допустимый диапазон входного напряжения, когда TC75S51FU работает с одним источником питания.Например, предположим, что этот операционный усилитель питается от двух источников питания ±1,5 В. Тогда синфазное входное напряжение может быть изменено как от -1,5 В до +1,0 В. В этом случае, когда входное напряжение составляет от V CC до 0,5 В, TC75S51FU может не обеспечивать нормальный выходной сигнал, например, из-за уменьшенного коэффициента усиления.

Texas Instruments LF356N Би-Фета Общая цель ОП-AMP

TL082CP TL082CD 82-0066 LF356 82-5046 LF442N LF444CN 82-5044 CA3130E
Device Описание Производитель Пакет Заказать код
TL062CP Двойной низкой мощности OP-AMP Ti DIL -8 82-0038
TL071 Одноместный низкий уровень шума, Низкие искажения OP-AMP TI 82-0046
TL072 TL072 TL072 Двойной низкий уровень шума, низкое искажение OP-AMP Ti DIL-8 82-0050
TL074CN Quad Low Shall, низкий искажение OP-AMP Ti 14 82-0054
TL081 Один операционный усилитель с низким уровнем шума и искажений TI DIL-8 82-0062 7
Двойной низкий уровень шума, низкий уровень искажений ОУ ТИ DIL-8 82-0064
Двойной низкий Шум, низкий искажение OP-AMP SO-8 SO-8 82-0896
TL084 TL084 Quad Low Shall, низкий искажение OP-AMP TI DIL-14
LF353N / NOPB Двойная широкая полоса пропускания ОУ ТИ DIL-8 82-0254
Один низкий уровень шума, Широкая пропускная способность OP-AMP NSC DIL-8 82-0256 92-0256
LF411N Однопроизводительные высокопроизводительные OP-AMP NSC DIL-8
Двойной маломощный операционный усилитель НСК DIL-8 82-5042
Quad низкой мощности op- усилитель НСК ДИЛ-14
Одно МОП-транзистор ОУ Intersil DIL-8 82-0686
CA3140E Single MoSfet OP-AMP, 741 замена INTERSIL DIL-8
CA3240EZ Dual Mosfet OP-AMP, 741 замена Intersil DIL -8 82-0693

Том.III — Полупроводники — Операционные усилители

Глава 8: ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Хотя упоминание об операционных усилителях обычно вызывает видения полупроводниковые приборы, выполненные в виде интегральных схем на миниатюрном кремниевый чип, первые операционные усилители на самом деле были ламповыми схемами. То Первый коммерческий операционный усилитель общего назначения был изготовлен компанией George A. Philbrick Researches, Incorporated, в 1952. Обозначенный K2-W, он был построен на основе двух ламп с двойным триодом. монтируется в сборе с восьмеричным (8-штырьковым) разъемом для удобства установка и обслуживание шасси электронного оборудования той эпохи.Сборка выглядела примерно так:

На принципиальной схеме показаны две трубки вместе с десятью резисторами и два конденсатора, довольно простая схемотехника даже по меркам 1952 года:

Если вы не знакомы с работой вакуумных ламп, они работают аналогично транзисторам IGFET N-канального типа с обеднением: то есть они проводят больший ток, когда управляющая сетка (штриховая линия) более положительна по отношению к катоду (изогнутая линия вблизи в нижней части символа трубки) и проводят меньший ток, когда контрольный сетка делается менее положительной (или более отрицательной), чем катод.То двойная триодная лампа слева работает как дифференциальная пара , преобразование дифференциальных входов (инвертирующий и неинвертирующий сигналы напряжения) в один усиленный сигнал напряжения, который затем подается на управляющую сетку левого триода второй триодной пары через делитель напряжения (1 МОм — 2,2 МОм). Этот триод усиливает и инвертирует выход дифференциальной пары для большего усиления по напряжению, затем усиленный сигнал подается на второй триод того же лампа с двумя триодами в конфигурации неинвертирующего усилителя для большего текущий выигрыш.Две неоновые «светящиеся трубки» действуют как регуляторы напряжения. аналогично поведению полупроводниковых стабилитронов, чтобы обеспечить смещение напряжение в соединении между двумя триодами однотактного усилителя.

При двойном напряжении питания +300/-300 вольт этот операционный усилитель мог только размах его выхода +/- 50 вольт, что очень плохо по нынешним меркам. Он имел коэффициент усиления по напряжению без обратной связи от 15 000 до 20 000, скорость нарастания +/- 12 вольт/мкс, максимальный выходной ток 1 мА, потребляемая мощность более 3 ватт (не включая мощность ламп) нити!) и стоил около 24 долларов в долларах 1952 года.Лучшая производительность можно было бы достичь с помощью более сложной схемы, но только за счет большего энергопотребления, большей стоимости и снижение надежности.

С появлением твердотельных транзисторов операционные усилители с гораздо меньшим стационарное энергопотребление и повышенная надежность стали возможными, но многие другие параметры производительности остались примерно такими же. Возьмем, к примеру, модель Philbrick P55A, универсальный твердотельный операционный усилитель примерно 1966 года. P55A имел коэффициент усиления без обратной связи 40 000, скорость 1.5 вольт/мкс и размах выходного сигнала +/- 11 вольт (при напряжение питания +/- 15 вольт), максимальный выходной ток 2,2 мА и стоимостью 49 долларов (или около 21 доллара за версию «полезного класса»). P55A, как и другие операционные усилители в линейке Philbrick того времени, имел дискретно-компонентную конструкцию, входящие в его состав транзисторы, резисторы и конденсаторы заключены в прочный «кирпич», напоминающий большой пакет интегральной схемы.

Не очень сложно построить грубый операционный усилитель, используя дискретные компоненты.Схема одной из таких цепей показана на рис. ниже.

Простой операционный усилитель из дискретных компонентов.

Хотя его производительность довольно уныла по современным меркам, он демонстрирует, что сложность не является необходимой для создания минимального функциональный операционный усилитель. Транзисторы Q 3 и Q 4 образуют Сердце другой цепи дифференциальной пары, полупроводниковой эквивалент первой триодной лампы на схеме K2-W.Как это было в схема вакуумной лампы, цель дифференциальной пары состоит в том, чтобы усилить и преобразовать дифференциальное напряжение между двумя входными клеммы к несимметричному выходному напряжению.

С появлением технологии интегральных схем (ИС) конструкции операционных усилителей испытал резкое увеличение производительности, надежности, плотности, и экономичность. Между 1964 и 1968 годами Fairchild корпорация представила три модели операционных усилителей на ИС: 702, 709 и все еще популярный 741.В то время как 741 теперь считается устаревшим с точки зрения производительности, он по-прежнему является фаворитом среди любителей за его простота и отказоустойчивость (защита от короткого замыкания на выходе, например). Личный опыт злоупотребления многими операционными усилителями 741 привел меня к выводу, что его трудно убить. . .

Внутренняя принципиальная схема операционного усилителя модели 741 показана на рисунке ниже.

Принципиальная схема операционного усилителя модели 741.

По стандартам интегральных схем 741 — очень простое устройство: пример мелкомасштабной интеграции или SSI . технология.Нетрудно было бы построить эту схему, используя дискретные компоненты, поэтому вы можете увидеть преимущества даже самых примитивная технология интегральных схем на дискретных компонентах, где задействовано большое количество деталей.

Для любителей, студентов или инженеров, стремящихся к большей производительности, есть буквально сотни моделей операционных усилителей на выбор. Многие продают менее чем за доллар за штуку, даже в розницу! Спец. Назначение приборные и радиочастотные (РЧ) операционные усилители могут быть немного более дорого.В этом разделе я продемонстрирую несколько популярных и доступные операционные усилители, сравнивая и сопоставляя их характеристики технические характеристики. Почтенный 741 включен в качестве «эталона» для сравнение, хотя оно, как я уже говорил, считается устаревшим дизайн.

Широко используемые операционные усилители

Модель Устройства/упаковка Источник питания Полоса пропускания Ток смещения Скорость нарастания Выходной ток
номер (число) (В) (МГц) (нА) (В/мкСм) (мА)
TL082 2 12 / 36 4 8 13 17
LM301A 1 10 / 36 1 250 0.5 25
LM318 1 10 / 40 15 500 70 20
LM324 4 3 / 32 1 45 0,25 20
LF353 2 12 / 36 4 8 13 20
LF356 1 10 / 36 5 8 12 25
LF411 1 10 / 36 4 20 15 25
741C 1 10 / 36 1 500 0.5 25
LM833 2 10 / 36 15 1050 7 40
LM1458 2 6 / 36 1 800 10 45
CA3130 1 5 / 16 15 0,05 10 20

В приведенной выше таблице перечислены лишь некоторые из недорогие модели операционных усилителей, широко доступные в электронике поставщики.Большинство из них можно приобрести в розничных магазинах, таких как как Radio Shack. Все ниже $ 1,00 стоимость напрямую от производителя (цены 2001 года). Как видите, разница существенная производительность между некоторыми из этих единиц. Возьмем, к примеру, параметр входного тока смещения: CA3130 получает приз за самый низкий, при 0,05 нА (или 50 пА), а LM833 имеет самое высокое значение чуть более 1 мкА. Модель CA3130 обеспечивает невероятно низкий ток смещения за счет использование MOSFET-транзисторов во входном каскаде.Один производитель входное сопротивление 3130 заявлено как 1,5 тераом, или 1,5 x 10 12 О! Другие показанные здесь операционные усилители с низкими значениями тока смещения используют JFET. входные транзисторы, в то время как модели с высоким током смещения используют биполярный вход транзисторы.

В то время как 741 указан во многих схемах электронных проектов и продемонстрированный во многих учебниках, его производительность давно превзошла другие конструкции в каждой мере. Даже некоторые проекты, первоначально основанные на 741 был улучшен за эти годы, чтобы намного превзойти первоначальный дизайн технические характеристики.Одним из таких примеров является модель 1458, состоящая из двух операционных усилителей в одном корпусе. 8-контактный DIP-корпус, который в свое время имел точно такую ​​же производительность характеристики как у одноместного 741. В своем последнем воплощении он может похвастаться более широкий диапазон напряжения питания, скорость нарастания в 50 раз больше, и почти в два раза больше выходного тока, чем у 741, но при этом с сохранением функции защиты от короткого замыкания на выходе модели 741. Операционные усилители с JFET и MOSFET входными транзисторами намного превосходят производительность 741 с точки зрения тока смещения, и в целом удается превзойти 741 с точки зрения пропускной способности и скорости нарастания.

Мои личные рекомендации по операционным усилителям таковы: при низком смещении ток является приоритетом (например, в низкоскоростных схемах интегратора), выберите 3130. Для работы усилителя постоянного тока общего назначения 1458 предлагает хорошие производительность (и вы получаете два операционных усилителя в одном корпусе). Для повышение производительности, выберите модель 353, так как это совместимая по выводам замена для 1458. Модель 353 разработана с JFET. входная схема для очень низкого тока смещения и имеет полосу пропускания в 4 раза больше такой же большой, как 1458, хотя его предельный выходной ток ниже (но по-прежнему защищены от короткого замыкания).Может быть сложнее найти на полке вашего местного поставщика электроники, но это так же по разумной цене, как 1458.

Если требуется низкое напряжение питания, я рекомендую модель 324, так как он работает всего от 3 вольт постоянного тока. Его входной ток смещения Требования также низкие, и он обеспечивает четыре операционных усилителя в одном корпусе. 14-контактный чип. Его основным недостатком является скорость, ограниченная полосой пропускания 1 МГц. и скорость нарастания выходного сигнала всего 0,25 вольта в мкс. Для высокочастотного Схемы усилителя переменного тока, 318 — очень хорошая модель «общего назначения».

Операционные усилители специального назначения доступны по скромной цене, что обеспечивает лучшие технические характеристики. Многие из них предназначены для определенный тип преимущества в производительности, такой как максимальная пропускная способность или минимальный ток смещения. Возьмем, к примеру, операционные усилители, предназначенные для высокая пропускная способность в таблице ниже.

Широкополосные операционные усилители

Модель Устройства/упаковка Источник питания Полоса пропускания Ток смещения Скорость нарастания Выходной ток
номер (число) (В) (МГц) (нА) (В/мкСм) (мА)
CLC404 1 10 / 14 232 44 000 2600 70
CLC425 1 5 / 14 1900 40 000 350 80 9036

Стоимость CLC404 составляет 21 доллар.80 (почти столько же, сколько у Джорджа Филбрика в первый раз). коммерческий операционный усилитель, правда, без поправки на инфляцию), а CLC425 немного дешевле — 3,23 доллара за единицу. В обоих случаях высокое быстродействие достигается за счет больших токов смещения и ограниченные диапазоны напряжения питания. Некоторые операционные усилители, предназначенные для выходная мощность указана в таблице ниже.

Сильноточные операционные усилители

Модель Устройства/упаковка Источник питания Полоса пропускания Ток смещения Скорость нарастания Выходной ток
номер (число) (В) (МГц) (нА) (В/мкСм) (мА)
LM12CL 1 15 / 80 0.7 1000 9 13 000
LM7171 1 5,5 / 36 200 12 000 4100 3680

Да, LM12CL на самом деле имеет номинальный выходной ток 13 ампер (13 000 миллиампер)! Он указан в $ 14,40, что не так много денег, учитывая грубую мощность устройства. LM7171, с другой стороны, торгует способностью высокого выходного тока для способности быстрого выхода напряжения (a высокая скорость нарастания).Он стоит 1,19 доллара, что примерно так же низко, как некоторые «общие назначение «операционные усилители.

Пакеты усилителей также можно приобрести как полное приложение. схемы, в отличие от голых операционных усилителей. Берр-Браун и Например, корпорации Analog Devices, давно известные своими линейки прецизионных усилителей, предлагаем инструментальные усилители в готовые пакеты, а также другие специализированные усилители. В конструкциях, где важны высокая точность и повторяемость после ремонта. важно, разработчику схемы может быть выгодно выбрать такой предварительно сконструированный усилитель «блокирует», а не строит схему от отдельных операционных усилителей.Конечно, такие устройства обычно стоят довольно дорого. немного больше, чем отдельные операционные усилители.

(PDF) Универсальный 3-вольтовый КМОП-операционный усилитель с новым входным каскадом постоянной крутизны Huijsing и D. Linebarger, «Низковольтный операционный усилитель с диапазонами входных и выходных сигналов от шины к шине»,

IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. СК-20, декабрь 1985 г., с.1144-1150.

2. М.Дж. Фондери и Дж.Х. Huijsing, Design of Low-Voltage Bipolar Operational Amplifiers, Kluwer Academic

Publishers, 1993.

3. J. Fonderie, M.M. Марис и Э.Дж. Schnitger, «Операционный усилитель 1 В с диапазонами входных и выходных сигналов от шины к шине»,

IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-24, декабрь 1989 г., стр. 1551-1559.

4. Дж.А. Фишер и Р. Кох, «Высоколинейный буферный усилитель CMOS», IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.

SC-22, июнь 1987 г., стр. 330-334.

5. M. Steyaert и W. Sansen, «КМОП-операционный усилитель с широким динамическим диапазоном и выходной структурой с низким уровнем искажений», IEEE

Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-22, декабрь 1987 г., стр. 1204-1207.

6. Дж.Н. Бабанежад, «КМОП-операционный усилитель rail-to-rail», IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 23 декабря 1988 г.,

, стр. 1414-1417.

7. Т.С. Физ, Х.К. Ян, Дж.Дж. Янд, К.Ю и Д.Дж. Allstot, «Семейство КМОП-операционных усилителей с высоким размахом», IEEE

Journal of Solid-State Circuits, Vol.24 декабря 1989 г., стр. 1683-1687.

8. М.Д. Пардоен и М.Г. Деграуве, «КМОП-усилитель мощности ввода/вывода с рельсовым входом/выходом», IEEE Journal of

Solid-State Circuits, Vol. 25 апреля 1990 г., стр. 501-504.

9. Р. Хогерворст, Р.Дж. Вигеринк, П.А. де Йонг, Дж. Фондри, Р.Ф. Вассенар и Дж.Х. Huijsing, «Низковольтные КМОП-операционные усилители

с постоянным g

m

входным каскадом rail-to-rail», Proceedings of the IEEE International

Symposium on Circuits and Systems, 1992, стр.2876-2879.

10. Дж.Х. Ботма, Р.Ф. Вассенар и Р.Дж. Вигеринк, «Низковольтный КМОП-операционный усилитель с постоянной g

м

на входе

и каскадом на выходе класса AB», Труды Международного симпозиума IEEE по схемам

,

и Системы, 1993, стр. 1314-1317.

11. Р. Хогерворст, Р.Дж. Вигеринк, П.А.Д. Йонг, Дж. Фондери, Р.Ф. Вассенар и Дж.Х. Huijsing, «Низковольтный КМОП-операционный усилитель

с постоянным g

m

входным каскадом rail-to-rail», Analog Integrated Circuits and Signal

Processing, Vol.5, Kluwer Academic Publishers, 1994, стр. 135-146.

12. Й. Хёйсинг, Р. Хогерворст, Дж. Фондри, Б. ван дер Доол, К.-Дж. de Langen и G. Groenevold, «Обработка низковольтных сигналов

», Analog VLSI: Signal and Information Processing (Ismail and Fiez, редакторы), Chapter 4,

McGraw-Hill, 1994.

13. S. Сакураи и М. Исмаил, Низковольтные КМОП-операционные усилители: теория, конструкция и реализация,

Kluwer Academic Publishers, 1995.

14.Р. Хогерворст, Дж. П. Теро, Р.Г. Эшозье и Дж.Х. Huijsing, «Компактный энергоэффективный операционный усилитель ввода-вывода 3V CMOS rail-to-rail

для библиотек ячеек СБИС», IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-29,

, декабрь 1994 г., стр. 1505-1513.

15. Д. М. Монтечелли, «Четырехкратный операционный усилитель CMOS с однополярным питанием и размахом выходного напряжения», IEEE Journal of

Solid-State Circuits, Vol. SC-21, декабрь 1986 г., стр. 1026-1034.

16. В.-К.С. Ву, В.Дж. Хелмс, Дж.А. Кун и Б.Е. Биркетт, «Цифрово-совместимый высокопроизводительный операционный усилитель

с диапазонами входных и выходных сигналов от шины к шине», IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-29, январь 1994 г., стр.

63-66.

17. Дж.Х. Ботма, Р.Дж. Вигеринк, А.Дж. Гиркинк и Р.Ф. Wassenaar, «Rail-to-Rail Constant-g

m Входной каскад

и выходной каскад класса AB

для низковольтных КМОП-операционных усилителей», Analog Integrated Circuits and Signal Processing,

Vol.6, Kluwer Academic Publishers, 1994, стр. 121-133.

Перейти к следующей статье

Перейти на домашнюю страницу журнала

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.