Для чего нужен операционный усилитель

Операционные усилители. Преобразование в аналоговый сигнал. Что там дальше? На выходе с ЦАПа у нас получается замечательный звуковой сигнал, казалось бы хватай его скорее и наслаждайся.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• 4.12. Эффекты ограничений ОУ на работу схем на их основе
• Операционный усилитель? Это очень просто!
• LM358 схема включения
• Основные схемы включения ОУ
• Операционные усилители — проблема выбора
• Операционные усилители
• Операционный усилитель для чайников
• frac {V_ {текст {в}}} {frac {R_ {текст {1}}} {R_ {текст {1}} +R_ {текст {2}}} }
• Операционные усилители — проблема выбора

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Тест звучания операционных усилителей. Null Test OpAmp.

4.12. Эффекты ограничений ОУ на работу схем на их основе

Вернемся к инвертирующему усилителю и рассмотрим его еще раз, учитывая известные нам теперь ограничения. Покажем, как они влияют на работу схемы и как их учесть при разработке ОУ. Используя этот пример, вы сможете разобраться и с другими схемами ОУ. На рис. Коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС. В связи с тем что коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС имеет конечное значение, в усилителе с обратной связью коэффициент усиления по напряжению коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС в определенный момент начинает убывать.

Этому моменту соответствует частота, на которой коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС приближается к значению рис. Этот спад позволяет судить о том, что семейство усилителей типа относится к классу низкочастотных усилителей; на частоте коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС падает до , а частота равна 4 МГц.

Таблица 4. Рекомендуемые ОУ см. Обратите внимание, что коэффициент усиления при замкнутой цепи ОС всегда меньше, чем коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС; это означает, что если на основе ОУ типа построить, например, усилитель со -кратным усилением, то на частотах около его усиление заметно ослабеет.

Более точно мы опишем этот эффект чуть ниже разд. Скорость нарастания. В связи с тем что скорость нарастания ограничена, на частотах выше некоторого граничного значения максимальный размах синусоидального сигнала начинает падать. При скорости нарастания s выходная амплитуда ограничена значением пика для синусоидального сигнала, имеющего частоту тем самым объясняется наличие участка спада на графике с наклоном Горизонтальный участок на графике соответствует ограничению размаха выходного напряжения источников питания.

Попутно отметим, что ограничения, связанные со скоростью нарастания ОУ можно использовать на благо, для устранения шумовых импульсов полезного сигнала с помощью так называемой нелинейной низкочастотной фильтрации.

Суть метода состоит в следующем: намеренно ограничивая скорость нарастания можно существенно уменьшить острые импульсы, никак не искажая при этом фоновый сигнал. Выходной ток. В связи с тем, что выходной ток операционного усилителя ограничен, размах выходного напряжения на низкоомных нагрузках также ограничен.

В прецизионных схемах как раз и нужно ограничивать выходные токи для того, чтобы избежать появления в кристалле схемы температурных градиентов, связанных с рассеянием слишком большой мощности в выходном каскаде. Зависимость размаха выходного напряжения от частоты В; кОм. Кривая убывает пропорционально. Зависимость размаха выходного напряжения от нагрузки. Напряжение сдвига. Благодаря наличию входного напряжения сдвига, при нулевом напряжении на входе напряжение на выходе равно.

Инвертирующий усилитель на основе ОУ типа имеет коэффициент усиления по напряжению, равный При заземленном входе напряжение на выходе этой схемы достигает значения , максимальное значение. Можно предложить следующие пути решения проблемы: а Если усиление сигнала по постоянному току не представляет интереса, то с помощью конденсатора можно уменьшить коэффициент усиления для сигналов постоянного тока до единицы, как показано на рис. Там для передачи входного сигнала используется емкостная связь, б Настроить нуль, используя предлагаемую фирмой-изготовителем схему регулировки, в Можно использовать ОУ с меньшим напряжением сдвига.

Входной ток смещения. Если в инвертируюшем усилителе один из входов заземлен, то даже при условии идеальной настройки т. Это связано с тем, что входной ток смещения создает падение напряжения на резисторах, которое затем усиливается схемой усилителя. В этой схеме сопротивление со стороны инвертирующего входа определяется резисторами но ток щения воспринимается как входной сигнал, подобный току, текущему через а поэтому он порождает смещение выхода В операционных усилителях со входами на полевых транзисторах эффектом входного тока смещения обычно можно пренебречь, по-другому дело обстоит с операционными усилителями на биполярных транзисторах — здесь значительные входные токи могут привести к серьезным проблемам.

Рассмотрим в качестве примера инвертирующий усилитель, в котором кОм и эти значения подходят для инвертирующего каскада, в котором желательно обеспечить значение , равным 10 кОм.

Если выбрать схему типа на биполярных транзисторах, с низким уровнем шумов, то ее выходное напряжение при заземленном входе может достигать величины или 0,99 В, что ни в какой мере не может быть приемлемо. Для сравнения отметим, что ОУ типа со входами на полевых транзисторах с -переходом соответствующее выходное напряжение для худшего случая при заземленном входе составляет для большинства практических случаев эта величина пренебрежимо мала и уж во всяком случае несравнима с ошибкой выходного напряжения, порождаемой напряжением сдвига в худшем случае для ненастроенного ОУ типа она составляет.

Для борьбы с ошибками, обусловленными током смещения, существует несколько способов. Если вам нужен ОУ с большим током смещения, можно сделать сопротивление со стороны обоих входов одинаковым, как на рис. В этом случае сопротивление 9,1 кОм выбрано с учетом параллельного соединения резисторов 10 кОм и кОм. Кроме того, лучше всего если сопротивление цепи обратной связи будет достаточно малым, тогда ток смещения не будет давать большие сдвиги; сопротивления в цепях входов ОУ имеют типичные значения от 1 до кОм.

Для уменьшения ошибок, обусловленных входным током смещения в ОУ на биполярных транзисторах следует использовать компенсационный резистор. Третий способ состоит в уменьшении до единицы коэффициента усиления по постоянному току, как в рассмотренном выше усилителе для звукоснимателя.

Однако для большинства случаев можно рекомендовать использовать ОУ с пренебрежимо малыми входными токами. В операционных усилителях со входами на полевых транзисторах с или на полевых МОП-транзисторах входные токи как правило имеют порядок пикоампер однако, здесь входной ток быстро растет при увеличении температуры — удваивается при изменении температуры на каждые , во многих современных схемах на биполярных транзисторах за счет использования транзисторов со сверхвысоким значением коэффициента 3 и схем компенсации смещения токи смещения почти также невелики и незначительно зависят от температуры.

Такие операционные усилители обладают достоинствами ОУ на биполярных транзисторах высокая точность, низкий уровень шума и лишены недостатков, связанных со входным током. Например, для прецизионного биполярного ОУ с низким уровнем шума типа нА типичное значение , для недорогого биполярного ОУ типа нА типичное значение , для улучшенных вариантов этого ОУ типа пА типичное значение.

Среди недорогих ОУ на полевых транзисторах можно назвать ОУ типа на полевых транзисторах с , для которого типичное значение и серию ИС типа на полевых МОП-транзисторах, для которой типичное значение. Входной ток сдвига. Как мы только что убедились, лучше всего создавать такие схемы, в которых импедансы и токи смещения ОУ порождают пренебрежимо малые ошибки. Однако иногда может возникнуть потребность в ОУ с большим током смещения или с очень большим эквивалентным импедансом. В этой ситуации лучше всего постараться сбалансировать входные импедансы по постоянному току.

На выходе все равно будет существовать некоторая ошибка ток обусловленная асимметрией входных токов ОУ. В общем, меньше, чем в раз биполярные ОУ, как правило, дают лучшее согласование, чем ОУ на полевых транзисторах. В предыдущих параграфах мы рассмотрели эффекты ограничений ОУ на примере простого инвертирующего усилителя напряжения. Для него, например, наличие входного тока ОУ вызывает появление ошибки напряжения на выходе. В ОУ другого назначения эффект может быть совсем другим, например в инвертирующем ОУ конечный входной ток порождает на выходе линейно меняющийся сигнал а не константу при нулевом напряжении, приложенном ко входу.

По мере освоения схем ОУ вы сможете оценивать, как сказываются ограничения ОУ на работе данной схемы и, следовательно, сможете выбрать операционный усилитель, подходящий для конкретного случая. Представьте себе такую ситуацию: вы разработали отличную новую схему, сделали образец, провели тестирование и горите желанием запустить свое детище в производство.

Вы оформляете заказ на необходимые компоненты, но оказывается, что самую нужную ИС сняли с производства! А порой бывает и еще хуже: заказчик начинает жаловаться на задержку поставки прибора, который выпускается уже ни один год.

Далее выясняется, что она не поступила и на склад. В конце концов вы узнаете, что схему сняли с производства 6 месяцев назад и в наличии нет ни одной!

Почему же возникают подобные казусы и что может предпринять в таких случаях разработчик? По нашему мнению, существуют четыре основных причины прекращения производства ИС: 1. Устаревание: Появились новые, лучшие ИС и нет смысла продолжать выпуск старых. В подобных случаях чаще всего новая модифицированная ИС совместима со старой по выводам и может быть вставлена в старый разъем. ИС не пользуется спросом у покупателей: Иногда исчезают прекрасные ИС. Мы столкнулись с серьезными трудностями, когда фирма Harris сняла с производства прекрасную схему , исчез великолепный счетверенный компаратор с очень высоким быстродействием и ничего не появилось ему взамен.

Фирма Harris сняла также с производства схему — бесследно исчезла еще одна замечательная ИС, самый быстродействующий микромощный ОУ. Иногда хорошую ИС снимают с производства в связи с изменениями в технологической линии, производящей подложки увеличивается размер подложки — вместо 3 дюймов устанавливают размер 5 или 6 дюймов. Мы уже заметили, что фирма Harris особенно любит прекращать производство очень хороших и уникальных ИС; тоже самое проделывали фирмы Intersil и.

Утеряны чертежи схем: В это трудно поверить, но иногда фирмы-изготовители теряют чертежи какого-либо кристалла и по этой причине прекращают его производство. У изготовителя нет заказов: это также относится к. Если у вас есть уже разработанная плата, но нет никакой возможности достать нужную ИС, предлагаем вам следующие решения. Во-первых, можно разработать плату заново а может быть и схему на основе ИС, имеющихся в наличии.

Это, наверное, лучший выход из положения в случае, когда вы запускаете в производство новую плату или когда уже идет производство большой партии плат. Хотя этот выход из положения нельзя назвать красивым, он полностью решает возникшую перед вами проблему. К чему приводят ограничения, свойственные ОУ. Рассмотренные ограничения операционного усилителя влияют на параметры компонентов почти во всех схемах.

Например, резисторы обратной связи должны быть достаточно большими, тогда они не будут существенно нагружать выход; вместе с тем, если они будут слишком большими, то входной ток смещения будет порождать ощутимые сдвиги. Кроме того, высокое сопротивление в цепи обратной связи повышает восприимчивость схемы к влиянию внешних наводок и увеличивает влияние паразитной емкости. Учитывая сказанное выше, для ОУ общего назначения обычно выбирают резисторы цепей ОС с сопротивлением от 2 до кОм.

Иногда случается так, что новый ОУ появляется как раз вовремя и удовлетворяет запросы разработчиков и по своим характеристикам, и по стоимости, и по конструктивному оформлению. К его производству приступает сразу несколько фирм, он завоевывает симпатии разработчиков и получает широкую известность. Работает с одним источником питания; фирма National. Фирма Fairchild сделала попытку предпринять ответный ход и разработала ОУ типа , который потерпел неудачу из-за плохих характеристик.

Как вам понравится входной сдвиг 0,1 В? Разработан фирмой Texas Instruments в ответ на появление серии ; серия недорогих ОУ; интегральная схема объединяет один, два, четыре ОУ, небольшая мощность; невысокий уровень шума; используются различные типы корпусов.

Разработан фирмой National; улучшенная серия на биполярных и полевых транзисторах; сдвиг и смещение небольшие, высокое быстродействие, небольшое искажение, большой выходной ток, невысокая стоимость; сдвоенная LF и микромощная модификации. Подобные компромиссы принимают при разработке почти всех электронных схем включая и самые простые транзисторные схемы. Например, величина тока покоя в транзисторном усилителе ограничена сверху мощностью, которую может рассеивать устройство, величиной входного тока и питающего тока, коэффициента усиления по току, а снизу — величиной тока утечки, коэффициента усиления по току и быстродействием которое уменьшается из-за паразитной емкости и больших сопротивлений.

В связи с этим, как было указано в гл. В следующих трех главах мы рассмотрим такие проблемы более тщательно для того, чтобы вы поняли, как находят компромиссные решения. Упражнение 4. Нарисуйте схему инвертирующего усилителя со связями по постоянному току; его коэффициент усиления должен быть равен , а кОм.

Предусмотрите возможность компенсации входного тока смещения и регулировки напряжения сдвига используйте потенциометр на 10 кОм, который можно подключить к выводам 1 и 5, а его движок — к источнику питания и.

И наконец, измените схему так, чтобы выполнялось условие Ом. В г. Видлар разработал первый, пригодный для использования интегральный ОУ; это был ОУ типа фирмы Fairchild.

Операционный усилитель? Это очень просто!

Повторитель напряжения — это самый простой из возможных усилителей, обладающих отрицательной обратной связью ООС. Выходное напряжение точно равно входному напряжению. Если оно ничем не отличаются, то вы можете спросить — зачем это нужно, если от этого ничего не изменяется? Суть в том, что речь идет о напряжении, а не о токе. Так вот, повторитель напряжения почти не потребляет тока от источника сигнала, и позволяет получить довольно высокий ток со своего выхода. Нам часто приходится иметь дело с активными радиокомпонентами, которые имеют очень малый выходной ток. Примером такого компонента является микрофон или фототранзистор.

В конце статьи «Идеальный операционный усилитель» было показано, что при использовании операционного Тогда зачем нужна такая схема?.

LM358 схема включения

Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM Так как если нету каких-то особых требований к быстродействию, очень широкому диапазону напряжений или большой рассеиваемой мощности, то LM хороший выбор. Так как LM имеет в своем составе два операционных усилителя, у каждого по два входа и один выход 6 — выводов и два контакта нужны для питания, то всего получается 8 контактов. Есть и металлокерамическое исполнение для особо тяжелых условий работы. Я применял LM только для поверхностного монтажа — просто и удобно паять. Вместе с LM выпускается большое количество похожих операционных усилителей. Если диапазона Наоборот, если нужно большое количество рядом расположенных операционных усилителей, то можно применить счетверенные LM в 14 выводном корпусе. Можно вполне сэкономить пространство и конденсаторы по цепям питания. При следующих значениях резисторов коэффициент усиления будет равен

Основные схемы включения ОУ

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие «эфир» можно всерьёз рассматривать в электронике?

Однако, несмотря на колоссальный технологический прогресс в области производства интегральных микросхем ИМС , сделать ОУ с параметрами, близкими к идеальным, не представляется возможным.

Операционные усилители — проблема выбора

Операционный усилитель — это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. Своё начало операционные усилители ведут от аналоговых компьютеров, где они применялись во многих линейных, нелинейных и частото-зависимых схемах. Параметры схем с операционными усилителями определяются только внешними компонентами, а так же небольшой температурной зависимостью или разбросом параметров при их производстве, что делает операционные усилители очень популярными элементами при конструировании электронных схем. Операционные усилители являются наиболее востребованными приборами среди современных электронных компонент, они находят своё применение в потребительской электронике, применяются индустрии и в научных приборах.

Операционные усилители

Операционный усилитель — это интегральная схема, предназначенная для усиления слабого сигнала. Операционные усилители часто используются в различных аудио-устройствах. Например, если вы решите спаять усилитель для высокоомных наушников, вам наверняка понадобится операционный усилитель. Звучит, как что-то полезное. Так давайте же разберемся, как работать с этим хозяйством, на примере конкретного чипа NE Рассмотрим такую задачу. Допустим, мы хотим сделать микрофон, чтобы его можно было подключить прямо к компьютеру и записывать с него звук, например, в Audacity.

Кстати если нужен только один операционный усилитель в компактном 5 выводном корпусе SOT то вполне можно применить.

Операционный усилитель для чайников

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация.

frac {V_ {текст {в}}} {frac {R_ {текст {1}}} {R_ {текст {1}} +R_ {текст {2}}} }

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Компараторы. Часть 1 — введение

В радиоэлектронике и микросхемотехнике широкое распространение получил операционный усилитель ОУ. Он обладает отличными техническими характеристиками ТХ по усилению сигналов. Чтобы понять сферы применения ОУ, нужно узнать его принцип действия, схему подключения и основные ТХ. ОУ — интегральная микросхема ИМС , основным предназначением которой является усиление значения постоянного тока.

Широкое практическое использование ОУ в аналоговых схемах основывается главным образом на применении в них различного рода внешних ОС, чему способствует большое значение коэффициента усиления К оу , а также высокое входное и малое выходное сопротивление ОУ. Высокие качества параметров современных интегральных ОУ позволяют без внесения заметной погрешности при расчете схем на ОУ принимать К uоу , К I оу и R вх.

Операционные усилители — проблема выбора

Входу неинвертирования операционного усилителя нужен путь для DC, чтобы основать; если источник сигнала не будет поставлять путь DC, или если тот источник потребует данного импеданса груза, то схема потребует, чтобы другой резистор от входа неинвертирования основал. Когда входные токи смещения операционного усилителя значительные, тогда исходные сопротивления DC, ведя входы должны быть уравновешены. Идеальная стоимость для резисторов обратной связи чтобы дать минимальное напряжение погашения будет такова, что эти два сопротивления параллельно примерно равняются сопротивлению, чтобы основать во входной булавке неинвертирования. Та идеальная стоимость предполагает, что токи смещения хорошо подходящие, который может не быть верным для всех операционных усилителей. В усилителе инвертирования выходное напряжение изменяется в противоположном направлении на входное напряжение. Снова, вход операционного усилителя не применяет заметный груз, таким образом:. DC-разделительный-конденсатор может быть вставлен последовательно с входным резистором, когда частотная характеристика вниз к DC не необходима, и любое напряжение постоянного тока на входе нежелательно.

Понятие операционного усилителя. Схемы, применение, классификация. Оглавление :: Поиск Техника безопасности :: Помощь.

Операционный усилитель: создание и развитие

Содержание

• 1 Как создавался операционный усилитель
  • 1.1 Развитие электронных ламп
  • 1.2 Дифференциальные усилители и обратная связь
  • 1.3 Операционные усилители: первые пташки
• 2 Развитие операционных усилителей
• 3 Полупроводники в операционных усилителях

Операционный усилитель – это электронный прибор с обратной связью с задачей многократного увеличения разницы сигнала между двумя его входами. Первоначально конструкция использовалась компанией Bell Labs для привода зенитной установки в рамках системы Т9. Отсюда и название. С английского operational переводится двояко: операторный и одновременно успешный (рабочий, действенный). А эффективность системы Т9 и сегодня не вызывает сомнений.

Как создавался операционный усилитель

Развитие электронных ламп

История начинается с зарождения XX века (1904 год), когда Флеминг усовершенствовал электронную лампу Эдисона (см. лампа накаливания), получив первый вакуумный диод. Если говорить подробно, патент от 1883 года не стал первым упоминанием термоэлектронной эмиссии. Десятилетием ранее отмеченной даты Фредерик Гутри уже упоминал это явление (см. Magnetism and Electricity, 1873 год). В 1906 на свет, благодаря Ли Де Форесту, появился первый вакуумный триод – прибор, конструктивно входящий в состав первых операционных усилителей. Между существующими нитью накала (катодом) и имеющим положительный потенциал диском (анодом) добавили сетку, сигнал на которой активно влиял на прохождение электронов через пространство.

Электронная лампа

Дифференциальные усилители и обратная связь

Новым шагом стало развитие в начале 30-х компанией Bell Labs технологии усилителей с обратной связью, что ведет прямиком к патенту US 2401779 Карла Швартцеля младшего, заявленного 1 мая 1941 года.

В 1928 году обратная связь, столь распространенная сегодня, не была известна. И когда работник Bell Labs Харольд Блэк впервые разместил патент, проку оказалось мало. Понадобилось целых 9 лет (US Patent 2102671), чтобы довести изобретение до ума. Как часто случается с великими изобретениями, множество людей в разных уголках Земли трудились над одинаковым предметом. Среди учёных:

1. Пол Войт (UK Patent 231792, 1924 год).
2. А. Д. Блюмлейн (UK Patent 425553, 1933 год).
3. Известная компания N.V. Philips.

Когда Блэк развивал свою идею, пытался решить ситуацию с повторителями сигнала в линиях связи. Один вакуумный триод давал усиление максимум 1 дБ исключительно в благоприятных условиях. Требовались сотни, тысячи, и эта ватага нуждалась в энергии и требовала внимания обслуживающего персонала. Усилитель с обратной связью стал потрясающим изобретением – многократно вырос коэффициент усиления с одновременным повышением стабильности (критерии Найквиста). Компания Bell Labs буквально озолотилась на упомянутой идее.

Харольд Блэк

Развитием идеи Блэка считаются патенты US Patent 1915440 (Гарри Найквист) и US Patent 2123178 (Хендрик Боуд). Найквист подкинул идею работы вакуумных ламп с постоянным током, чем снова расширил границы применяемости обратной связи. Параллельно шла разработка дифференциальных усилителей – рабочим сигналом для них считается разница между двумя входами. Отмечают этапы становления:

• Б. Х. К. Мэттьюз изобретает в 1934 году дифференциальный вход для усилителя. Недостаток: в схеме с общими катодами они непосредственно соединены с отрицательным полюсом источника питания, что прямо снижает коэффициент усиления.
• Чуть дальше пошел Алан Блюмлейн в патенте UK Patent 482470 (1936 год). Отделил общие катоды от земли резистором.
• В 1937 году Франклин Оффнер ввел в конструкцию обратную связь, что слегка снизило усиление, но повысило устойчивость системы. В упомянутом году Отто Шмитт придумал схему на пентодах, где указанный недостаток отсутствовал.
• В 1938 году Дж. Ф. Тоннис вводит понятие длиннохвостой дифференциальной пары для вакуумных ламп. В этом случае между землей и общим высокоомным резистором добавляется источник питания (у Тонниса – минус 90 В), дополнительно уменьшающий потенциал катода.
• Отто Шмитт в 1938 году также обсуждает длиннохвостую дифференциальную пару, но уже в качестве инвертора фазы (один вход заземлен).
• Харольд Гольдберг в 1940 году изобретает схему малошумящего (порядка 2 мкВ) многокаскадного дифференциального усилителя. Позднее вводит в схему пентод для обеспечения нужного тока смещения.

Операционные усилители: первые пташки

Фокус разработки операционных усилителей в 30-е годы находился в области аналоговых вычислительных устройств. Схожие конструкции обсуждались в поздние 30-е годы и в 1940 Джорджем Филбриком и Пером Хольстом, не хватает последнего шага – большого коэффициента усиления. Использование биполярного питания позволило отрабатывать в обе стороны сигналы рассогласования для точного прицеливания. Система М9 служила операционным блоком вычислительной системы, рассчитывающей траекторию движения снарядов для поражения воздушных мишеней.

Подробности исследований описаны в работе Хиггинса «Defense Research at Bell Labs: Electrical Computers for Fire Control».

Итак, Карл Швартцель в патенте 1941 года обсуждает первые операционные усилители. В документации изобретение именуется суммирующим. Происхождение названия тривиальное. Сам изобретатель пишет, что устройство призвано складывать n-ное число напряжений и можно подобным образом модифицировать существующие вычислительные машины. Особенностью новинки стало введение обратной связи для снижения входного сопротивления системы (что упростит ее согласование с прочими частями электрической цепи и увеличит коэффициент усиления).

Прежде суммирование происходило постепенно, причем единственное напряжение имело два полюса, что сильно усложняло согласование. В данном патенте рассматривается устройство, где все упрощено. Каждое из суммируемых напряжений одним из полюсов обретает общий провод, а коэффициент передачи системы возможно подстраивать, регулируя глубину обратной связи. Единственным ограничением становится постоянный ток, не всегда способный преодолеть вакуум.

Разработки Bell Labs приводят к созданию прототипа вычислительной системы прицеливания, получившей кодовое название Т10. Система (US Patent 2493183) успешно прошла испытания в декабре 1941 года и в дальнейшем активно развивалась. Спектр использования в ней операционных усилителей оказался значительно расширен. Следует обратить внимание, что публикация патента Швартцеля, заявленного 1 мая 1941 года, произошла лишь после окончания Второй мировой войны (1946 год). Настолько союзники считали важным указанное нововведение. Причем спецификация на саму систему наведения лежала практически в открытом доступе (для вражеских агентов).

Усилитель Швартцеля

Возникает вопрос: зачем операционный усилитель Швартцеля инвертирует сигнал? Мы полагаем – хотя нигде прямо не говорится – что это сделано для удобства пилотов. В авиации принято использовать инверсию летательного аппарата по углу тангажа. Таким образом конструкторы хотели упростить электрическую схему и в будущем применять операционные усилители в составе бортовой электроники. Инверсия по углу тангажа принята для компенсации физиологических особенностей пилота как представителя Homo Sapiens. Если сделать наоборот, на низких высотах самолет станет падать на землю. Об этом говорилось на уроках физики в средних классах общеобразовательных школ.

Следующий вопрос: зачем операционный усилитель Швартцеля складывает на входе целых три сигнала? Полагаем, ответ кроется в области функциональных ограничений автоматики. Первоначальное наведение на мишень делает вручную оператор, потом оптическая система дает вычислительному устройству информацию, по которому выполняется доводка. Возможно, с упреждением на скорость и дальность цели. В результате сигнал с рукоятки управления должен суммироваться с командами вычислителя. Третий вход нужен для обратной связи, что придаст движению ствола нужную плавность и исключит различные эксцессы.

В результате операционный усилитель решал поставленные задачи и одновременно делал усиление на 95 дБ (65000 раз) и нёс неимоверную нагрузку в 6 кОм (вход современной акустической колонки составляет сотню Ом – для сравнения). А главные конструкторы системы наведения Т9 – Ловелл, Паркинсон и Кун – получили в апреле 1947 года медаль за заслуги перед отечеством, учрежденную президентом на период Второй мировой войны (с 8 сентября 1939 года) и до 1952 года включительно. Это высшая награда для гражданского населения, способствовавшего победе над врагом.

Вероятность поражения мишени Т9 составила 90%. Так что мысль о существовании подобного компьютера долго отбивала у врага желание атаковать США и союзников. Инструмент немедленно объявили важнейшим средством защиты свободы и демократии в мире.

Прибор по усилению

Развитие операционных усилителей

Дальнейшие работы в области развития операционных усилителей перенесены (1947 год) в Колумбийский университет Нью-Йорка. Деятельность контролировалась и направлялась профессором Джоном Рагаццини. В ходе разработок найдена схема из двух триодов (прежде их насчитывалось три), но по вполне понятным причинам о конструкции мало имеется сведений и поныне. Автором называют Джули Лоебе. Нагрузка схемы возросла в разы и составила 300 кОм.

Именно в схеме Джули Лоебе появляются два входа вместо одного инвертирующего: инвертирующий и не инвертирующий. На каждом по-прежнему возможно вести сложение напряжений. Это качество используется и сегодня – нового не придумано. Дифференциальный вход компенсирует дрейф шумов, но они остаются большими в случае необходимости усиления субмилливольтных сигналов. Вносят погрешность тепловой уход рабочей точки и долговременные флуктуации. Затруднение решается использованием чоппера (нарезка напряжения на высокочастотные импульсы). Схема предложена в 1949 году Эдвином Гольдбергом.

Дрейф снижается на величину коэффициента передачи чоппера. Побочным преимуществом становится возможность использования низких частот, в том числе и постоянного напряжения. Благодаря наличию обратной связи чоппер может давать коэффициент усиления до 100 дБ, а в сумме схема Гольдберга обеспечивает 163 (150.000.000 раз). У новинки было несколько ограничений:

1. Первые схемы с чопперами работали только в инвертирующем режиме. Реализация обычного требовала включения в схему слишком большого количества каскадов.
2. На момент 1949 года не существовало концепции силовых ключей. Нарезка выполнялась механическими устройствами. Ситуация решена уже в полупроводниковой технике, и сегодня каждый импульсный блок питания включает чоппер на тиристоре (симисторе).

Полупроводники в операционных усилителях

Во второй половине 40-х годов на сцену выходят биполярный и полевой транзисторы, а в 1958 году Джэк Килби из Техас Инструментс изобретает интегральные схемы. Планарный процесс монтажа на кристалл различных конфигураций совершил революцию в области операционных усилителей. В результате начало 60-х дает новые устройства с питанием порядка 10-15 В вместо 350, существовавших ранее. Первые интегральные схемы оказались неуклюжими и представляли собой небольшую плату с навесными элементами (и транзисторами), залитую компаундом. Страдал коэффициент усиления, сопротивление нагрузки едва достигало 500 Ом.

Но техника не стояла на месте. К примеру, варакторный мост позволил усиливать очень малые сигналы постоянного тока до большой величины. Что делало возможным управление различными механизмами напрямую. Сегодня большая часть операционных усилителей представляет собой кристаллы полупроводника с сформированными на них активными и пассивными элементами.

2.2: Что такое операционный усилитель?

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

3552

• Джеймс М. Фиоре
• Муниципальный колледж Mohawk Valley

Операционный усилитель, по сути, представляет собой многокаскадный усилитель с высоким коэффициентом усиления, рассматриваемый как единое целое. Обычно операционные усилители имеют дифференциальный вход и несимметричный выход. Другими словами, один вход создает инвертированный выходной сигнал, а другой вход создает неинвертированный выходной сигнал. Часто операционный усилитель питается от биполярного источника питания (т. е. двух источников питания, одного положительного и одного отрицательного). Практически любое активное усилительное устройство может быть использовано для отдельных каскадов. Операционные усилители могут быть сделаны полностью из электронных ламп или дискретных биполярных транзисторов (и, конечно, они были сделаны так несколько лет назад). Успехи в производстве полупроводников в конце 19 в.60-е и начало 1970-х в конечном итоге сделали возможным миниатюризацию необходимых компонентов и размещение всего этого на одном кремниевом чипе (отсюда и термин «интегральная схема»). При обычном использовании это то, что сегодня обычно подразумевается под термином операционный усилитель.

Как видно на рисунке \(\PageIndex{1}\), типичный операционный усилитель имеет не менее пяти отдельных соединений; инвертирующий вход (обозначен «-»), неинвертирующий вход (обозначен «+»), выход, а также положительный и отрицательный входы источника питания. Эти соединения источника питания иногда называют шинами питания. Обратите внимание, что заземление не указано напрямую. Скорее, заземление подразумевается через другие соединения. Этот символ и связанные с ним связи типичны, но ни в коем случае не абсолютны. Разработчику доступен широкий спектр устройств, предлагающих такие функции, как дифференциальные выходы или работа с однополярным питанием. В любом случае для схематического символа будет использоваться некоторая форма треугольника.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Общий символ операционного усилителя.

Лучше всего рассматривать операционные усилители как строительные блоки общего назначения. С ними можно создавать самые разнообразные полезные схемы. Для работы общего назначения проектирование с использованием операционных усилителей обычно намного быстрее и экономичнее, чем полностью дискретный подход. Точно так же могут быть уменьшены ограничения по устранению неполадок и упаковке. Для более требовательных приложений, таких как требующие очень низкого уровня шума, высокого выходного тока и/или напряжения или широкой полосы пропускания, производители создали специализированные операционные усилители. Тем не менее, последнее слово в производительности сегодня по-прежнему остается за дискретными схемами. Кроме того, очень часто можно увидеть сочетание дискретных и интегральных устройств в данной схеме. Конечно, не существует закона, согласно которому операционные усилители можно использовать только с другими операционными усилителями. Часто разумное сочетание дискретных устройств и операционных усилителей может создать схему, превосходящую схему, полностью состоящую из одних дискретных элементов или операционных усилителей.

Где можно найти схемы операционных усилителей? Словом, где угодно. Они, вероятно, используются в вашей домашней стереосистеме или телевизоре, где они помогают улавливать входящие сигналы, в электронных музыкальных инструментах, где их можно использовать для создания и изменения тонов, в камере в сочетании с системой измерения освещенности или в медицинских инструментах, где их можно использовать вместе с различными биодатчиками. Возможности почти безграничны.

2.2.1: Блок-схема операционного усилителя

В этот момент вы можете спросить себя: «Что находится внутри операционного усилителя?» Типовой операционный усилитель состоит из трех основных функциональных каскадов. Настоящий операционный усилитель может содержать более трех отдельных каскадов, но его можно уменьшить до этого уровня для анализа. Обобщенное дискретное представление приведено на рисунке \(\PageIndex{2}\). Поскольку для операционного усилителя требуется схема дифференциального входа, первым каскадом чаще всего является дифференциальный усилитель. Как видно здесь, \(Q_1\) и \(Q_2\) составляют дифференциальный усилитель на основе PNP. Выход одного коллектора (здесь \(Q_2\)) затем подается на второй каскад с высоким коэффициентом усиления. Этот каскад обычно включает сетевой конденсатор с запаздыванием, который играет главную роль в настройке характеристик переменного тока операционного усилителя (более подробно это рассматривается в пятой главе). \(Q_3\) составляет вторую стадию в примере. Он установлен в конфигурации с общим эмиттером для усиления как по току, так и по напряжению. Вышеупомянутый запаздывающий конденсатор расположен на переходе база-коллектор \(Q_3\), чтобы воспользоваться эффектом Миллера. Третья и последняя секция представляет собой толкатель класса B или класса AB для наиболее эффективного привода нагрузки. \(Q_4\) и \(Q_5\) составляют заключительный этап. Двойные диоды компенсируют падения \(Q_4\) и \(Q_5\) \(V_{BE}\) и создают струйный ток смещения, который минимизирует искажения. Это относительно стандартный этап класса AB. Обратите внимание, что вся схема имеет прямую связь. Здесь нет свинцовых цепей, поэтому операционный усилитель может усиливать до нуля герц (постоянный ток). Есть много возможных изменений, которые можно увидеть в реальной схеме, включая использование пар Дарлингтона или полевых транзисторов для дифференциального усилителя, несколько каскадов с высоким коэффициентом усиления и ограничение выходного тока для секции класса B.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Общая схема операционного усилителя.

В примере дискретной схемы используются только пять транзисторов и два диода. Напротив, интегрированная версия может использовать от двух до трех десятков активных устройств. Из-за превосходных возможностей согласования устройств при интеграции одного чипа некоторые методы используются в пользу стандартных дискретных конструкций. Внутренние источники тока ИС обычно изготавливаются с использованием токовых зеркал. Текущие конфигурации зеркал также используются для создания активных нагрузок для достижения максимального усиления схемы.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Упрощенная схема LF411. Перепечатано с разрешения Texas Instrutments

Типичный интегрированный операционный усилитель содержит очень мало резисторов и, как правило, только один или два сетевых конденсатора с задержкой. Из-за ограничений по размеру и других факторов катушки индуктивности практически не используются в этих схемах. Упрощенная эквивалентная схема операционного усилителя LF411 показана на рисунке \(\PageIndex{3}\). Обратите внимание, что в этом устройстве используются полевые транзисторы JFET для дифференциального усилителя с активной нагрузкой. В качестве простых источников тока показаны источник хвостового тока дифференциального усилителя и источник струйного смещения класса AB. На самом деле, они немного сложнее, с использованием современных зеркал.

Одним из самых популярных операционных усилителей на протяжении многих лет был 741. Технические характеристики этого устройства кажутся довольно слабыми по сегодняшним меркам, но это было одно из первых произведенных простых в использовании устройств. В результате он нашел свое применение в большом количестве дизайнов. Действительно, это по-прежнему мудрый выбор для менее требовательных приложений или там, где стоимость запчастей является основным фактором. Полная схема \(\mu\)A 741 показана на рисунке \(\PageIndex{4}\). Боинг 741 производят несколько разных производителей. Эта версия производится компанией Signetics и может несколько отличаться от 741, выпускаемого другой компанией 9.0060 1 . Схема содержит 20 активных устройств и около десятка резисторов.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Схема \(\mu\)A741. Перепечатано с разрешения Philips Semiconductors

На первый взгляд эта схема может показаться безнадежно запутанной. При ближайшем рассмотрении обнаруживается множество знакомых схемных блоков. Во-первых, вы заметите, что ряд устройств показывает короткое замыкание между клеммами базы и коллектора, например \(Q_8\), \(Q_{11}\) и \(Q_{12}\). По сути, это диоды (они нарисованы так, потому что изготавливаются как транзисторные переходы. На самом деле диоды так делать проще). По большей части эти диоды являются частью текущих цепей смещения зеркал. Настройка смещения находится в самом центре схемы и вращается вокруг \(Q_9\) через \(Q_{12}\). Установочный ток находится путем вычитания двух диодных капель (\(Q_{11}, \(Q_{12}\)) из общего потенциала источника питания (\(V_{+} — V_{-}\)), и разделив результат на \(R_5\).Для стандартного источника питания \(\pm15\) В получается

\[ I_{bias} = \frac{V_{+} − V_{-} −V_ {BE-Q11} −V_{BE-Q12}}{R_5} \nonumber \]

\[ I_{bias} = \frac{30\ V — 1.4\ V}{39\ k \Omega} \nonumber \ ]

\[ I_{bias} = 733 \mu A \nonumber \]

Этот ток отражается в \(Q_{13}\). При внимательном рассмотрении \(Q_{10}\) и \(Q_ {11}\) показывает, что эта часть не является простым зеркалом тока. При включении \(R_4\) падение напряжения на базовом эмиттере \(Q_{10}\) уменьшается, таким образом создавая ток меньше \ (733 мкА). Эта конфигурация известна как источник тока Видлара. Вывод точного уравнения тока довольно сложен и выходит за рамки этой главы 9. 0060 2 . Этот ток отражается в \(Q_8\) через \(Q_9\) и устанавливает хвостовой ток для дифференциального усилителя. В каскаде дифференциального усилителя используется в общей сложности четыре усилительных транзистора в конфигурации с общим коллектором и общей базой (от \(Q_1\) до \(Q_4\)). По сути, \(Q_1\) и \(Q_2\) сконфигурированы как эмиттерные повторители, что обеспечивает высокое входное сопротивление и разумное усиление по току. \(Q_3\) и \(Q_4\) сконфигурированы как усилители с общей базой и поэтому обеспечивают большой коэффициент усиления по напряжению. Прирост максимизируется за счет активной нагрузки, состоящей из от \(Q_5\) до \(Q_7\). Выходной сигнал на коллекторе \(Q_4\) проходит на двухтранзисторный каскад с высоким коэффициентом усиления (\(Q_{16}\) и \(Q_{17}\)). \(Q_{16}\) настроен как эмиттерный повторитель и буферы \(Q_{17}\), который настроен как усилитель напряжения с общим эмиттером. Резистор \(R_{11}\) служит для стабилизации как смещения, так и усиления этого каскада (т. е. является резистором эмиттерного вырождения или заболачивания). \(Q_{17}\) напрямую связан с выходным каскадом класса AB (\(Q_{14}\) и \(Q_{20}\)). Обратите внимание на использование множителя \(V_{BE}\) для смещения выходных транзисторов. Множитель \(V_{BE}\) формируется из \(Q_{18}\) и резисторов \(R_7\) и \(R_8\). Обратите внимание, что эта секция получает ток смещения от \(Q_{13}\), который является частью комплекса центрального токового зеркала.

Некоторые транзисторы в этой схеме используются исключительно для защиты от перегрузок. Хорошим примером этого является \(Q_{15}\). По мере увеличения выходного тока напряжение на \(R_9\) будет пропорционально увеличиваться. Обратите внимание, что этот резистор подключен параллельно соединению база-эмиттер \(Q_{15}\). Если этот потенциал станет достаточно высоким, \(Q_{15}\) включится, шунтируя ток базового привода вокруг выходного устройства (\(Q_{14}\)). Таким образом, коэффициент усиления по току снижается, а максимальный выходной ток ограничивается безопасным значением. Это предельное значение можно найти по закону Ома:

\[ I_{limit} = \frac{V_{BE}}{R_9} \nonumber \]

\[ I_{limit} = \frac{0.7\ V}{25\ \Omega} \nonumber \]

\[ I_{предел} = 28\ мА \номер \]

Аналогичным образом \(Q_{20}\) защищен \(R_{10}\), \(R_{11}\ ) и \(Q_{22}\). Если выход пытается поглотить слишком большой ток, включается \(Q_{22}\), отводя ток от базы \(Q_{16}\). Хотя схемы отдельных операционных усилителей сильно различаются, они, как правило, придерживаются представленной здесь основной темы, состоящей из четырех частей:

• Центральная секция источника тока/зеркала тока для обеспечения надлежащего смещения.
• Входной каскад дифференциального усилителя с активной нагрузкой.
• Промежуточный каскад усиления высокого напряжения.
• Выходная секция повторителя класса B или AB.

К счастью для проектировщика или специалиста по ремонту, для успешного применения устройства обычно не требуется глубокое знание внутренней структуры конкретного операционного усилителя. На самом деле, в большинстве случаев можно использовать несколько простых моделей. Одна очень полезная модель представлена ​​на рисунке \(\PageIndex{5}\).

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Упрощенная модель.

Здесь весь многокаскадный операционный усилитель смоделирован с простой резистивной входной цепью и выходным источником напряжения. Этот источник вывода является зависимым источником. В частности, это источник напряжения, управляемый напряжением. Значение этого источника равно

\[ E_{out} = A_v\ (V_{in+}−V_{in-}) \nonumber \]

Входная сеть определяется как сопротивление от каждого входа к земле, как а также сопротивление изоляции между входами. Для типичных операционных усилителей эти значения обычно составляют сотни кОм и более на низких частотах. Из-за дифференциального входного каскада разница между двумя входами умножается на усиление системы. Этот сигнал подается на выходной терминал через выходное сопротивление конечного каскада. Выходное сопротивление, скорее всего, будет меньше 100 Ом. Прирост напряжения системы более 80 дБ (10 000) является нормой.

2.2.2: Простая имитационная модель операционного усилителя

Для любого данного операционного усилителя можно создать множество имитационных моделей. Вообще говоря, чем точнее модель, тем больше вероятность того, что она будет сложной. Из-за характера большинства симуляторов более сложная модель требует больше времени для завершения анализа. Всегда существует компромисс между сложностью модели и временем вычислений. Мы можем создать очень простую модель на основе предыдущего раздела. Эта модель показана на рисунке \(\PageIndex{6}\).

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Упрощенная модель SPICE.

Состоит всего из пяти узлов. Входная секция моделируется как одиночный резистор, \(R_{in}\), между узлами 1 и 2. Эти два узла являются неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя соответственно. Вторая половина модели состоит из источника напряжения, управляемого напряжением, и выходного резистора. Значение этого зависимого источника является функцией дифференциального входного напряжения и коэффициента усиления по напряжению. При минимальном количестве компонентов время моделирования для этой модели очень мало. Чтобы использовать эту модель, вам нужно установить только три параметра: входное сопротивление, выходное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению. Пример показан на рисунке \(\PageIndex{7}\) с использованием Multisim.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Простая модель операционного усилителя в Multisim.

Эту модель следует использовать с большой осторожностью, поскольку она очень проста. Он полезен в качестве обучающего инструмента для изучения общей работы операционного усилителя, но его никогда не следует рассматривать как часть реалистичного моделирования. В этой модели не делается попыток учесть многочисленные ограничения операционного усилителя. Поскольку эта модель никоим образом не накладывает ограничений на размах выходного сигнала, эффекты насыщения останутся незамеченными. Точно так же не было предпринято никаких попыток моделирования частотной характеристики операционного усилителя. Это очень важно, и мы уделим этому вопросу много времени в последующих главах. Многие другие эффекты также игнорируются. С таким количеством ограничений вы можете задаться вопросом, где же можно использовать такую ​​модель. Эта модель полезна для некритических симуляций с учетом низкочастотных входных сигналов. Вы также должны самостоятельно распознать начало насыщения (отсечения). Его основное преимущество заключается в том, что модель схемы имеет небольшой размер и, следовательно, быстро вычисляется. Из-за этого он очень эффективен для студентов, которые плохо знакомы как с операционными усилителями, так и с моделированием схем. Возможно, не менее важным является тот факт, что эта модель указывает на то, что результаты вашего моделирования могут быть такими же хорошими, как и модели, которые вы используете. Многие люди попадают в ловушку, что «поскольку симуляция исходит от компьютера, она должна быть правильной». Нет ничего более далекого от правды. Всегда помните старую аксиому: GIGO (мусор на входе = мусор на выходе). Может быть очень поучительно смоделировать схему, используя разные уровни точности и сложности, а затем отметить, насколько близко результаты соответствуют той же схеме, построенной в лаборатории.

2.2.3: Спецификация и интерпретация операционных усилителей

Различные производители часто используют специальные коды и соглашения об именах, чтобы отличить свою продукцию от продукции других производителей, а также предоставить информацию об уровне качества и производстве. Код производителя обычно представляет собой буквенный префикс, а код качества или конструкции — суффикс. Общие коды префиксов включают \(\mu\)A (Fairchild), AD (Analog Devices), CS (Crystal), LM, LH и LF (National Semiconductor, в настоящее время принадлежит Texas Instruments, где M указывает на монолитную конструкцию, H указывает на гибридная конструкция, а F указывает на полевой транзистор), LT (Linear Technology), MC (Motorola), NE и SE (Signetics), OPA (Burr-Brown) и TL (Texas Instruments).

Многие производители производят множество стандартных деталей, таких как 741. Например, Texas Instruments производит LM741, а Fairchild производит \(\mu\)A741. Эти части обычно считаются взаимозаменяемыми, хотя они могут различаться в некоторых отношениях. Некоторые производители будут использовать код префикса оригинального разработчика детали и зарезервируют свой префикс для своих собственных разработок. Например, Signetics производит свою версию 741, которую они называют \(\mu\)A741, потому что этот операционный усилитель был впервые разработан Fairchild. (Затем компания Signetics упоминается как второй источник \(\mu\)A741).

Коды суффиксов сильно различаются у разных производителей. Типичными обозначениями деталей потребительского класса являются C и CN. Суффикс N часто означает отсутствие оценки. Интересно, что отсутствие конечного суффикса часто указывает на очень качественную деталь, как правило, с расширенным температурным диапазоном. Коды суффиксов также используются для обозначения стилей упаковки. Эта практика особенно популярна среди стабилизаторов напряжения и других мощных линейных ИС.

Наконец, некоторые производители будут использовать «параллельную» систему нумерации для высококачественных деталей. Например, устройство коммерческого класса может иметь номер детали «серия 300», промышленному классу — обозначение «серия 200», а детали военного класса — номер «серии 100». Одним из возможных примеров является сравнение коммерческого операционного усилителя LM318 с его высококачественным аналогом LM118. Как правило, детали военного назначения будут иметь очень широкий температурный диапазон, а промышленные и коммерческие сорта предлагают все меньше.

Спецификация операционного усилителя LF411 показана на рисунке \(\PageIndex{8}\). Давайте взглянем на некоторые из основных параметров и описаний. Приведенные значения типичны для современного операционного усилителя. Полное исследование всех параметров будет дано в пятой главе, как только мы немного познакомимся с устройством.

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Спецификация для LF411. Перепечатано с разрешения Texas Instrutments

Рисунок \(\PageIndex{8}\) (продолжение): Лист технических данных для LF411. Перепечатано с разрешения Texas Instruments

Во-первых, обратите внимание, что даны две версии ИС. Мы будем исследовать LF411, а не полноценный LF411A. В самом верху листа данных находится список абсолютных максимальных оценок. Операционный усилитель никогда не должен работать при значениях, превышающих указанные, поскольку это может привести к его необратимому повреждению. Как и большинство операционных усилителей общего назначения, LF411 питается от двухполярного источника питания. Напряжение питания никогда не должно превышать \(\pm\)18 В постоянного тока. Обычно операционные усилители используются с источниками питания \(\pm\)15 В. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 670 мВт. Очевидно, что это небольшое сигнальное устройство. В соответствии с этим диапазон рабочих температур и максимальные температуры перехода относительно низки. Мы также видим, что устройство может без повреждений выдерживать дифференциальные входные сигналы до 30 В и несимметричные входы до 15 В. На выходе LF411 способен непрерывно выдерживать короткозамкнутую нагрузку. Это делает операционный усилитель немного более «пуленепробиваемым». В оставшейся части этого раздела подробно описаны условия пайки. Чрезмерный нагрев во время пайки может повредить устройство.

Во втором разделе технического описания перечислены характеристики постоянного тока операционного усилителя. Эта таблица разбита на пять основных разделов:

• Символ параметра.
• Имя параметра.
• Условия, при которых измеряется параметр.
• Значения параметров, типичные или мин./макс.
• Единицы параметра.

Мы рассмотрим некоторые из этих параметров прямо сейчас. Четвертый заданный параметр — \(I_B\), входной ток смещения. \(I_B\) — это ток, потребляемый базами (или затворами) входного каскада дифференциального усилителя. {12} \Омега\). Операционные усилители, использующие биполярные входные устройства, будут показывать гораздо более высокие значения для \(I_B\) и гораздо более низкие значения для \(R_{in}\). 9{\ circ} \) C операции это указано как 25 В / мВ или 25 000. Среднее устройство даст выигрыш в 200 000. Как обычно, при расширении диапазона температур производительность ухудшается. В диапазоне рабочих температур минимальный коэффициент усиления может упасть до 15 000.

Поскольку в выходном каскаде операционного усилителя используется повторитель класса AB, следует ожидать, что выходное соответствие будет очень близко к шинам питания. Размах выходного напряжения указан для источников питания \(\pm\)15 В с нагрузкой 10 кОм\(\Omega\). Типичное устройство может колебаться до \(\pm\)13,5 В, с наихудшим размахом до \(\pm\)12 В. Уменьшение значения источника питания, естественно, приведет к падению максимального выходного колебания. Значительное уменьшение сопротивления нагрузки также вызовет падение \(V_o\), как мы увидим чуть позже. Эти максимальные выходные значения вызваны тем, что внутренние каскады достигли своих пределов насыщения. Когда это происходит, говорят, что операционный усилитель находится в режиме ограничения или насыщения. Как правило, насыщение может быть примерно на 1,5 В меньше, чем величина источников питания.

Последний элемент в списке — потребляемый ток в режиме ожидания, \(I_S\). Обратите внимание, насколько это мало, всего 1,8 мА, в худшем случае 3,4 мА. Это ток, который операционный усилитель потребляет от источника питания при отсутствии сигнала. При формировании выходных сигналов потребление тока будет увеличиваться.

В последнем разделе технического описания перечислены некоторые характеристики переменного тока операционного усилителя, которые будут иметь большое значение для нас в последующих разделах. Многие параметры устройства сильно зависят от частоты, температуры, напряжения питания и других факторов. Из-за этого спецификации также включают большое количество графиков, которые более подробно иллюстрируют характеристики операционного усилителя. Наконец, советы по применению и типовые схемы могут дополнять основные технические данные.

Каталожные номера

¹ Хотя точная внутренняя схема может быть изменена, версии различных производителей будут иметь одинаковые выводы и очень похожие технические характеристики.

² Полный вывод источника тока Видлара можно найти в «Принципах электронных схем» С.Г.Бернса и П.Р.Бонда, 1987, West Publishing Company.

---

Эта страница под названием 2.2: Что такое операционный усилитель? распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0 и был создан, изменен и/или курирован Джеймсом М. Фиоре с помощью исходного контента, отредактированного в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Джеймс М. Фиоре

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. source@http://www.dissidents.com/resources/OperationalAmplifiersAndLinearICs_3E.pdf

Как выбрать операционный усилитель

---

» Перейти к разделу «Дополнительно»

Доступны, вероятно, тысячи операционных усилителей (операционных усилителей). Но какой из них лучше всего подходит для вашего конкретного приложения? В таблице данных много цифр и графиков, а также много странных акронимов. Эта статья покажет вам, как разобраться в жаргоне и выбрать операционный усилитель, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

Прежде чем мы начнем, необходимо упомянуть некоторые основные элементы. Во-первых, мы рассмотрим только базовые операционные усилители. Мы не будем рассматривать специальные типы, такие как высокая частота (от 10 до 100 МГц), разность токов или крутизна проводимости. Однако, как только вы поймете, что такое базовый операционный усилитель, остается сделать небольшой шаг к специальным типам.

Еще один момент заключается в том, что вы должны знать, что нужно вашей схеме. Это кажется очевидным, но иногда об этом забывают. Попытка использовать пятивольтовый операционный усилитель в 25-вольтовой цепи обычно гарантирует плохую производительность. Более тонко, использование операционного усилителя, который не имеет надлежащего частотного диапазона или слишком шумит, не является редким явлением. Вы должны полностью понимать свои потребности, чтобы сделать правильный выбор.

Идеальный операционный усилитель не имеет искажений, не потребляет значимой мощности, имеет бесконечное усиление, не создает шума, имеет бесконечное входное сопротивление (чтобы не нагружать усиливаемый сигнал), имеет бесконечную частотную характеристику, принимает сигналы любого напряжения и, конечно же, бесплатно. Хотя современные устройства могут приблизиться к некоторым из этих идеалов, например, входному сопротивлению и малой мощности, ни один усилитель не может достичь их всех.

На рис. 1 показаны некоторые типичные недостатки операционных усилителей.

РИСУНОК 1. Настоящий операционный усилитель не идеален. Выходной сигнал отображает ряд типичных сбоев. Обратите внимание, что проблемы показаны только один раз для простоты. Звон возникает при каждом быстром переходе, в то время как шум непрерывен и т. д. Вы можете себе представить, как выглядел бы выходной сигнал, если бы все эти ошибки применялись ко всему сигналу.

---

(Обратите внимание, что проблемы показаны изолированно для ясности. В действительности, большинство этих эффектов являются непрерывными и сложными.) Это означает, что вы должны выбирать между различными усилителями с различными сильными и слабыми сторонами. Это типичная ситуация инженерного компромисса.

Основные технические характеристики операционных усилителей

Во всех технических описаниях операционных усилителей есть раздел, озаглавленный «Абсолютные максимальные номинальные значения». Я называю их «точками жарки», потому что работа устройства на этих (или более высоких) уровнях поджарит его. Вы никогда не можете превысить эти рейтинги и ожидать, что произойдет что-то хорошее. Вы всегда должны оставаться значительно ниже этих значений. В техническом описании обычно каким-то образом указываются стандартные максимальные рабочие уровни.

Многие таблицы данных будут иметь «типовые» номера. Хороший инженер в значительной степени игнорирует их. Всегда следует использовать значения для наихудшего случая, чтобы гарантировать правильную производительность. Если вы просто делаете один элемент для собственного использования, вы можете рискнуть и/или вручную выбрать операционный усилитель для своего проекта. Но такой подход неприемлем в профессиональной среде (за исключением редких и очень особых условий).

Таблица технических характеристик в большинстве спецификаций представлена ​​в алфавитном порядке. Это может быть полезно при поиске конкретного значения, но не обеспечивает согласованности информации. Здесь спецификации будут организованы в группы, которые каким-то образом связаны между собой. Будут использоваться четыре основные группы: Мощность, Вход, Выход и Частота. Обратите внимание, что эти группы не являются независимыми друг от друга. Определить свой дизайн с помощью этих четырех факторов довольно просто и интуитивно понятно.

Питание

В первую очередь следует отметить, что на операционном усилителе нет вывода «Земля». Таким образом, любые операционные усилители могут работать от одного источника питания. Так почему же некоторые операционные усилители указаны как требующие положительного и отрицательного источников питания? Это связано с тем, что предполагается, что вход находится на земле, а входные сигналы переменного тока будут перемещаться над и под землей. Ясно, что если входное напряжение превышает любой источник питания (более положительный или более отрицательный), произойдет что-то плохое. Это одно из тех примечаний, которые упоминаются в записи об абсолютных максимальных рейтингах. Входное напряжение ДОЛЖНО находиться в пределах диапазона источника питания. (Подробнее об этом в разделе «Ввод».)

Рабочее напряжение (обозначаемое как V+ и/или V-) часто указывается в отдельной таблице и/или в тексте спецификации. Давным-давно считалось, что стандартом было ±15 вольт (или даже выше) (биполярные или двойные источники питания). В настоящее время для многих операционных усилителей требуется от +3 до +15 вольт (однополярное или однополярное питание). Это по-прежнему означает, что входы операционного усилителя должны быть в пределах источника питания (хотя те, которые отмечены как операционные усилители с «одиночным источником питания», позволяют входу идти на отрицательную шину … обычно заземление).

Таким образом, отрицательное напряжение на входах с этой спецификацией одиночного питания не допускается. Кроме того, обычное использование двух девятивольтовых батарей (одной для V+ и одной для V-) приведет к 18 вольтам между клеммами питания. Это превышает точку жарки для этих устройств. Поэтому будьте внимательны, чтобы правильно прочитать характеристики мощности. Очевидно, вы знаете, какие напряжения доступны, поэтому эта спецификация проста.

Коэффициент отклонения источника питания (PSRR) определяет, насколько операционный усилитель чувствителен к колебаниям напряжения питания. Вы не хотите, чтобы шум источника питания (от источников переменного тока) или дрейф (от батарей) влияли на выходной сигнал. Эта спецификация указана в децибелах (дБ), где каждое увеличение на 20 дБ означает 10-кратное увеличение отношения. Таким образом, значение 60 дБ здесь означает, что изменение источника питания на один вольт вызовет изменение выходного сигнала на 0,001 вольт (или один милливольт).

Это значение зависит от фактического напряжения питания, а также от частоты шума. Более высокие рабочие напряжения и более низкие частоты шума обычно приводят к лучшим показателям PSRR. Часто таблицы данных предоставляют графики, показывающие эти изменения.

Определить, что вам нужно по этому параметру, не так уж сложно. Если вы используете операционный усилитель с цифровой логикой (которая обычно вызывает сильный шум источника питания), вам понадобится операционный усилитель с хорошим рейтингом PSRR. Если ваш операционный усилитель имеет полностью аналоговую конструкцию с хорошим регулируемым аналоговым источником питания, то этот параметр, вероятно, не слишком важен.

Ток, необходимый для питания усилителя, определяется как ток питания (Is). Это ток покоя. Сюда не входят внешние компоненты или любой выходной ток. Если в одном корпусе несколько усилителей, это обычно относится к одному усилителю. Однако в техпаспорте это будет указано. Очевидно, что схемы с батарейным питанием будут работать дольше с усилителем, потребляющим меньше энергии. Иногда это указывается в милливаттах (или микроваттах) как потребляемая мощность (Pd). Таким образом, вам придется преобразовать его в мА (или мкА), используя напряжения питания, указанные в таблице.

Вход

Существует много входных параметров, и эта группа часто содержит наиболее важные элементы, определяющие характеристики операционного усилителя для конкретного приложения.

Первой базовой характеристикой является входное сопротивление (Rin) (иногда его называют входным сопротивлением). Это указывает, какую нагрузку операционный усилитель оказывает на сигнал. Это значение должно быть как можно выше (однако для очень высоких скоростей оно будет относительно низким, поскольку паразитная емкость может значительно повлиять на частотную характеристику). Очевидно, вы не хотите, чтобы ваш операционный усилитель влиял на сигнал, который вы усиливаете. Типичны значения в сотнях мегаом. Некоторые новые операционные усилители имеют настолько высокое входное сопротивление, что его нельзя измерить напрямую… более 10 тераом! (Тераом, или ТОм, равен 1 000 000 МОм.) (Обратите внимание, что входная емкость обычно не указывается, но она очень мала; порядка пФ или около того… в основном из-за проводов.)

Иногда в старых спецификациях указывается только входной ток смещения (Ib), а не фактическое входное сопротивление. Это говорит о том, какой ток необходим для управления входами. Его можно грубо преобразовать во входное сопротивление, используя закон Ома с напряжением питания. Например: если Ib составляет 170 нА (наноампер), а напряжение питания равно пяти вольтам, то закон Ома равен 5 В = 170 нА x Rin. Решение этого дает около 29 МОм в качестве входного сопротивления.

Входное напряжение смещения (Vos) и входной ток смещения (Ios) звучат аналогично входному току смещения (см. выше), но это совершенно разные значения. Они относятся к неточности усилителя и должны быть как можно ближе к нулю. Если оба входа операционного усилителя равны нулю, то выход также должен быть равен нулю. Но поскольку усилитель неидеален, на выходе будет некоторое остаточное напряжение. Так почему бы не назвать это ошибкой выходного напряжения? Это связано с тем, что коэффициент усиления схемы будет влиять на выходной сигнал. Схема с коэффициентом усиления 100 увеличит эту ошибку в 100 раз. Вот почему это относится ко входу, а не к выходу. Это выглядит для схемы как ошибка постоянного тока на входе. На самом деле, определение ошибки смещения — это напряжение (или ток), подаваемое на вход, чтобы заставить выход точно равняться нулю.

Ошибки смещения, как правило, не слишком важны для цепей переменного тока, потому что эффект проявляется как фиксированная ошибка постоянного тока. Поскольку цепи переменного тока обычно имеют емкостную связь, проблема постоянного тока исчезает. Однако большое усиление (1000 или около того) может превратить 5 мВ Vos в 5-вольтовую погрешность постоянного тока на выходе. Это может привести к тому, что усилитель попытается генерировать выходное напряжение, превышающее напряжение питания, что приведет к отсечке.

Ошибки смещения имеют решающее значение в приложениях постоянного тока, поскольку невозможно отделить реальный сигнал постоянного тока от ошибки постоянного тока. Если вы пытаетесь измерить сигнал 5 мкВ от термопары усилителем с восходом 5 мВ, у вас возникнут проблемы.

С Vos и Ios связано изменение этих значений при перегреве (TCVos или TCIos). Опять же, это не слишком важно для приложений переменного тока, но, безусловно, может быть важно для чувствительных цепей постоянного тока. Изменение постоянного тока на 3 мкВ на градус может сделать вашу схему более чувствительной к температуре, чем ваша термопара!

Существуют ограничения на входное напряжение, которое вы можете подать на усилитель и ожидать, что он будет работать правильно (что отличается от точек жарки). Это называется диапазоном синфазного напряжения (CMVR). Многие (вероятно, большинство) новых усилителей имеют входы «rail-to-rail», которые позволяют использовать любое напряжение вплоть до напряжений V+ и V- включительно. И наоборот, многие усилители (особенно старые) ограничивают входное напряжение фиксированным напряжением, меньшим, чем напряжение питания V+ и V- (обычно около 1,5 вольт).

Поддерживать входное напряжение примерно на вольт ниже напряжения питания V+ несложно. Но если вы используете один источник питания, вам, возможно, придется также поддерживать сигнал на уровне вольта или двух выше земли. Это может быть не тривиально. Кроме того, это может ограничить диапазон входного напряжения при использовании низкого напряжения. Например, если вы используете один источник питания +5 В, а усилителю требуется запас ±1,5 В, вы должны поддерживать входной сигнал в диапазоне от 1,5 до 3,5 В. Для работы с однополярным питанием имеет смысл выбрать усилитель, который «включает землю» в CMVR. (Обратите внимание, что некоторые старые усилители инвертируют сигнал, если он становится более отрицательным, чем отрицательный CMVR!)

Еще одна спецификация, которая кажется родственной, но на самом деле ею не является, — это коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR). Это относится к ошибке в балансировке входов. Теоретически, если инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя соединены вместе, выход должен быть равен нулю независимо от напряжения, подаваемого на входы. Опять же, совершенства не достичь.

КОСС указывается в дБ и часто составляет от 60 до 80 дБ и более. Таким образом, КОСС 60 дБ означает, что в балансе между входами может быть ошибка ввода 0,1%. Сигнал пять вольт, подаваемый на оба входа, или Vcm (с 60 дБ CMRR), будет представлять собой сигнал пять вольт, подаваемый на один вход, и сигнал 5,005 вольт, подаваемый на другой. Фактическая ошибка на выходе зависит от коэффициента усиления схемы.

Ошибка CMRR особенно важна при измерении слабого сигнала, встроенного в большой. Например, для контроля тока источника питания необходимо измерить крошечное падение напряжения на маленьком резисторе при наличии полного напряжения источника питания. Это может повлечь за собой измерение долей милливольта при наличии 10 или более вольт. Однако для большинства несимметричных приложений (где один вход подключен к земле) CMRR не так критичен.

Входные характеристики операционного усилителя важны, поскольку они должны соответствовать сигналу, который вы хотите усилить. Это немного сложнее, чем требования к мощности, но как только вы расшифруете жаргон и аббревиатуры, параметры обретут смысл.

Выход

Большой коэффициент усиления по напряжению сигнала (Av или Avo), обычно указанный в дБ, указывает на максимально возможное усиление без какой-либо обратной связи. Эта конфигурация усилителя редко используется как таковая, но этот параметр определяет предел устройства. Очевидно, что если Avo составляет 100 дБ, вы не можете ожидать, что с этим усилителем получится каскад усиления 120 дБ. В реальной жизни очень редко можно получить даже 60 дБ усиления (коэффициент усиления 1000). Иногда Avo указывается как отношение, обычно около 60 В/мВ. Это указывает на то, что выигрыш составляет 60 000 или около 96 дБ. Современные усилители могут иметь Avo 130 дБ и более. Это коэффициент усиления более двух миллионов!

Максимальная выходная мощность, которую может обеспечить усилитель, обычно указывается как выходной ток короткого замыкания (Isc). Часто это находится в диапазоне от 20 до 40 мА. Однако есть некоторые ранние усилители, которые могут обеспечить только несколько мА. Хуже того, некоторые операционные усилители не выдерживают короткого замыкания на выходе без возгорания. Такая ситуация должна быть указана в техническом описании, но ее может быть трудно найти. Как правило, это будет указано в примечаниях, напечатанных мелким шрифтом внизу, примерно так: «Продолжение работы с коротким замыканием может привести к чрезмерному нагреву кристалла выше максимального номинального значения».

Максимальное выходное напряжение (Vo) никогда не может достигать пределов напряжения(й) питания. Результат всегда будет ниже. Есть несколько более новых устройств, которые претендуют на выходы rail-to-rail. И они очень близко подходят к рельсам — иногда с точностью до нескольких милливольт. Но всегда есть предел. (Между прочим, искажения значительно возрастают, если эти усилители с шиной «rail-to-rail» доведены до предельных значений выходного сигнала.) Обычно Vo примерно на 1,5 вольта меньше, чем напряжение питания. Таким образом, для пятивольтовой работы с однополярным питанием выходное напряжение не может быть ниже 1,5 вольт или выше 3,5 вольт.

Частота

До сих пор мы обсуждали параметры постоянного тока. Теперь коснемся параметров переменного тока. Это факторы, которые определяют, насколько хорошо усилитель реагирует на фактические сигналы. Есть три основных области спецификаций переменного тока: скорость, шум и искажения.

Скорость усилителя можно измерить несколькими способами, но все они взаимосвязаны. Наиболее типичными показателями являются: скорость нарастания (SR), ширина полосы единичного усиления (BW) и произведение усиления на полосу пропускания (GBW). По сути, скорость усилителя зависит от того, насколько быстро может изменяться выходной сигнал. SR измеряет скорость, с которой это происходит. Обычно он определяется в вольтах/микросекундах. Но здесь есть тонкий момент. Если выходной сигнал небольшой, он не движется так сильно, как большой сигнал, поэтому слабый выходной сигнал может реагировать на более высокую частоту. Это требует небольшого обсуждения.

При усилении сигнала скорость нарастания исходного сигнала увеличивается на величину усиления. Например, если сигнал в один вольт усиливается в 10 раз, то выходное напряжение должно измениться от нуля до 10 вольт одновременно с изменением входного сигнала от нуля до одного вольта. Таким образом, скорость нарастания также увеличивается в 10 раз. Отсюда мы видим, что максимальная выходная частота типичного операционного усилителя напряжения напрямую зависит от коэффициента усиления схемы.

Будет определенная высокая частота, когда усилитель не сможет справиться с сигналом, а вход и выход имеют одинаковое напряжение, независимо от конструкции внешней схемы. Это точка, в которой усиление равно единице или единичному усилению. Поскольку операционный усилитель имеет самую низкую частоту постоянного тока, самая высокая рабочая частота также является полосой пропускания усилителя. Поэтому мы видим, как получается значение BW.

Прямая связь между SR и усилением означает, что существует простой расчет, определяющий максимальную частоту, достижимую при любом заданном усилении. Видно, что за счет уменьшения частоты в два раза (в примере выше) коэффициент усиления схемы можно увеличить в два раза. Таким образом, произведение усиления и частоты всегда одинаково. Это ГБВ.

Если вы хотите усилить сигнал в 100 раз, то ваша максимальная используемая частота составляет 1/100 полосы пропускания. BW и GBW одинаковы для особого случая, когда коэффициент усиления равен единице. (Обратите внимание, что максимальный коэффициент усиления ограничен коэффициентом усиления без обратной связи (Av) усилителя.)

Поскольку этот параметр часто упускают из виду, давайте рассмотрим простой пример. Предположим, вы разрабатываете оптоволоконный интерфейс. Скорость переключения составляет 100 кГц, и вы должны усилить оптический сигнал в 1000 раз, чтобы сделать его достаточно большим для срабатывания вашей цифровой схемы. Насколько быстрым должен быть усилитель?

Чтобы определить это, просто перемножьте коэффициент усиления и частоту. В результате получается 100 МГц. Вам нужен усилитель с GBW 100 МГц. Поскольку это намного быстрее, чем любой усилитель общего назначения, вам придется либо использовать один дорогой и сложный в использовании высокоскоростной операционный усилитель, либо использовать несколько каскадов усиления. В этом случае два каскада усиления по 32 обеспечат коэффициент усиления 1024 и потребуют двух усилителей — каждый с полосой пропускания 3,2 МГц. Многие распространенные и недорогие операционные усилители имеют этот GBW.

Существует несколько типов шума. И обсуждение шума операционных усилителей может быстро стать очень техническим и подробным. Однако есть два важных типа шума, которые мы кратко рассмотрим. Это шум напряжения (En) и шум тока (In). За исключением того факта, что один представляет собой ток, а другой — напряжение, эти источники шума обрабатываются одинаково. Оба рассматриваются относительно входа. Это означает, что они будут увеличиваться с увеличением усиления или коэффициента усиления. Усилитель с коэффициентом усиления 100 будет иметь шум в 100 раз выше указанного.

Другим моментом этой спецификации является то, что шум связан с пропускной способностью системы. Таким образом, они определяются с помощью «квадратичного корня в герцах» в знаменателе (также называемого корнем в герцах). Широкополосная схема будет иметь больше шума, чем узкополосная.

Существует ряд других типов шума, а также множество других соображений относительно шума. Цель этого обсуждения состоит только в том, чтобы дать общее представление о том, как определяются эти значения шума. Очевидно, что усилитель с меньшим уровнем шума предпочтительнее усилителя с большим уровнем шума. Но это выходит за рамки обсуждения того, как определить, какие шумы тока или напряжения являются наиболее важными в вашей схеме, как определить наилучшую полосу пропускания для вашей схемы и т. д.

Последний набор характеристик относится к искажениям, создаваемым усилителем. Все чаще искажения усилителя прямо указываются в техническом описании, что является очень простым методом. (Обычно это не так. ) Общее гармоническое искажение (THD) указано в процентах. Обычно это очень низкое значение порядка 0,01% или лучше.

Другой способ указать, насколько точно усилитель реагирует на сигнал, — параметр «переходная характеристика». Это определяет, как усилитель реагирует на резкое изменение. Практически все операционные усилители будут демонстрировать перерегулирование в этой ситуации. Это превышение указано в процентах от выходного сигнала. Обычно несколько процентов или выше.

Характеристики переменного тока гораздо более тонкие и сложные, чем характеристики постоянного тока. Тем не менее, вы, безусловно, должны знать требования к частоте, которые вам нужны. Факторы шума важны в широкополосных схемах с высоким коэффициентом усиления. Большинство операционных усилителей имеют вполне приемлемые уровни искажений. Однако, если вы используете их для преобразования сигнала в 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь (это одна часть из 65 536), вам потребуется коэффициент нелинейных искажений 0,001% или лучше.

Графики

Наконец, в таблице данных отображается множество графиков. Это связано с тем, что многие параметры изменяются в зависимости от частоты, напряжения, температуры и т. д. Эти графики показывают ожидаемое изменение характеристик операционного усилителя. Обратите внимание, что это обычно типичные значения, поэтому не ожидайте, что ваша конкретная единица измерения будет точно соответствовать этим измерениям. Графики представлены для отображения тенденций отклика, а не спецификаций отклика. Например, может быть важно знать, увеличивается или уменьшается входной ток смещения с температурой и примерно на сколько.

Сравнение стоимости и производительности

Вы можете купить операционный усилитель LM741 примерно за четверть доллара. И, честно говоря, этого может быть достаточно для этой задачи. Но у него входное сопротивление всего 300 000 Ом, требуется два блока питания, плохо дрейфует от температуры, а шум даже не указан. Ты получаешь то, за что платишь.

Я открыл свой National Semiconductor Data Book более или менее случайным образом и нашел LPC660. Он имеет примерно ту же скорость, что и LM741, и стоит около 3 долларов. Но по этой цене вы получаете четыре усилителя в одной упаковке, поэтому стоимость одного усилителя составляет всего около 0,75 доллара США. Это усилитель с однополярным питанием (от 5 В до 15 В) с выходным напряжением от шины к шине, входным сопротивлением > 1 тераом, дрейфом 1/10 LM741 и потреблением тока около 1 мВт на усилитель (около 1/100 от потребляемой мощности). ЛМ741). (Экономия на стоимости батареи намного перевешивает увеличение цены на операционный усилитель.)

Целью этого краткого сравнения является демонстрация существенного развития аналоговой электроники. Это действительно удивительно, что можно купить за доллар или два. Но если вы не знаете, что искать, вы не сможете найти лучшую часть за свои деньги. Если вы хотите, чтобы ваш проект или продукт обеспечивал максимальную производительность и был наиболее рентабельным, найдите время, чтобы посмотреть, что доступно.