ADA4622-4 Техническое описание и информация о продукте

ADA4622-4 Техническое описание и информация о продукте | Analog Devices

1. Продукты
2. Усилители
3. Операционные усилители (ОУ)
4. Усилители с входным каскадом на полевых транзисторах JFET
5. ADA4622-4

Enable javascript



• Особенности и преимущества
• Подробнее о продукте

Особенности и преимущества

• Следующее поколение AD820/AD822/AD824
• Широкая полоса: 8 МГц, тип.
• Высокая скорость изменения фронтов: +23 В/мкс/−18 В/мкс, тип.
• Малый входной ток смещения: ±10 пА, макс. при T_A = 25°C
• Низкое напряжение смещения
  • Градация A: ±0.8 мВ, макс. при T_A = 25°C
  • Градация B: ±0.35 мВ, макс. при T_A = 25°C
• Малый дрейф напряжения смещения
  • Градация A: ±2 мкВ/°C, тип., ±15 мкВ/°C, макс.
  • Градация B: ±2 мкВ/°C, тип., ±5 мкВ /°C, макс.
• Диапазон входных напряжений включает в себя напряжение V−
• Rail-to-rail диапазон выходных напряжений
• Входные фильтры электромагнитных помех
  • 90 дБ, тип. на f = 1000 МГц и f = 2400 МГц
• Стандартные корпус и расположение выводов

Подробнее о продукте

ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4 представляют собой следующее поколение прецизионных операционных усилителей на полевых транзисторах с управляющим переходом (JFET) AD820/AD822/AD824, поддерживающих работу с однополярным питанием и имеющих rail-to-rail диапазон выходных напряжений (размах напряжения ограничен напряжениями питания).

Схема ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4 содержит множество улучшений, что делает его предпочтительным выбором для модернизации существующих проектов без принесения в жертву широких возможностей конфигурирования и простоты применения, которые делают AD820/AD822/AD824 привлекательным для широкого спектра областей применения.

Диапазон входных напряжений включает в себя отрицательное напряжение питания, а размах выходного напряжения ограничен напряжениями питания. Для повышения устойчивости при воздействии близкорасположенных импульсных источников шума в компонент добавлены входные фильтры электромагнитных помех.

Он имеет возросшее быстродействие (ширина полосы и скорость изменения фронтов), а также больший уровень выходного сигнала, что обеспечивает улучшение показателей времени установления и позволяет использовать усилитель в качестве входного интерфейса современных аналого-цифровых преобразователей (ЦАП) последовательного приближения (SAR) с несимметричным входом.

Уровень напряжения шума уменьшен по сравнению с AD820/AD822/AD824: широкополосный шум меньше на 25%, а шум 1/f меньше в два раза при том же значении потребляемого тока.

Статические характеристики ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4 также лучше: напряжение смещения уменьшено в два раза, а кроме того в спецификации ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4 добавлено значение максимального температурного дрейфа. И, наконец, ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4 обладают лучшим по сравнению с AD820/AD822/AD824 значением коэффициента ослабления синфазной составляющей (CMRR), что делает данный усилитель более подходящим для использования в неинвертирующей конфигурации и конфигурации усилителя разностного сигнала.

ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4 гарантированно работают в расширенном промышленном температурном диапазоне от −40°C до +125°C. Рабочий диапазон напряжений составляет от 5 В до 30 В, а спецификации в техническом описании даны для напряжений +5 В, ±5 В и ±15 В. ADA4622-1 доступен в 5-выводных корпусах SOT-23 и 8-выводных корпусах LFCSP. ADA4622-2 доступен в 8-выводных корпусах SOIC, 8-выводных корпусах MSOP и 8-выводных корпусах LFCSP. ADA4622-4 доступен в 14-выводных корпусах SOIC_N и 16-выводных корпусах LFCSP , 4 мм × 4 мм.

Области применения

• Интерфейс с датчиками, имеющими высокий выходной импеданс
• Интерфейс с датчиками на базе фотодиодов
• Трансимпедансные усилители
• Драйверы АЦП
• Прецизионные фильтры и схемы аналогового преобразования сигналов

Данный продукт выпущен на рынок. Техническое описание содержит окончательные характеристики и рабочие параметры продукта. Для новых разработок ADI рекомендует применение данных продуктов.

{{#each lists}}

{{/each}}

Оценочная плата EVAL-OPAMP-4

• Показать все (2)
• Техническое описание (2)

Техническое описание (2)

ADA4622-2: Техническое описание прецизионного операционного усилителя с малым током смещения, однополярным питанием и rail-to-rail выходом, 30 В, 7. 5 МГц (Rev. F) ADA4622-1/ADA4622-2/ADA4622-4: 30 V, 8 MHz, Low Bias Current, Single-Supply, RRO, Precision Op Amps Data Sheet (Rev. F)

LTspice

LTspice^® – это мощное, быстрое и бесплатное программное обеспечение для моделирования, схемотехнического проектирования и оценки формы сигналов, содержащее усовершенствованные функции и модели, позволяющие упростить моделирование аналоговых схем.

Файлы загрузки и документация для LTspice

Модели для следующих компонентов доступны в LTspice:

ADA4622

Модели SPICE

Макро модель SPICE ADA4622

Инструменты проектирования

Мастер расчета активных фильтров

Используйте Analog Filter Wizard для проектирования фильтров нижних частот, фильтров верхних частот или полосовых фильтров на базе реальных операционных усилителей за считанные минуты. В ходе процесса проектирования вы можете наблюдать характеристики вашего проекта, от идеальных спецификаций до поведения реальной схемы. Инструмент позволяет быстро оценивать соотношение различных параметров операционного усилителя, включая произведение коэффициента усиления на ширину полосы, шум, и потребляемый ток, для построения оптимального проекта фильтра с учетом ваших требований.

Analog Photodiode Wizard

Используйте Photodiode Wizard для проектирования схем интерфейса с фотодиодом на базе трансимпедансного усилителя. Вы можете выбрать фотодиод из библиотеки, поставляемой вместе с инструментом проектирования, или ввести произвольные характеристики фотодиода. Инструмент позволяет быстро наблюдать соотношение таких характеристик как ширина полосы, добротность (Q) и эффективная разрядность (ENOB)/отношение сигнал-шум (SNR). Модифицируйте параметры схемы и наблюдайте их влияние на графики импульсного отклика, частотной характеристики и коэффициента усиления шума.

Компания Analog Devices всегда уделяла повышенное внимание обеспечению максимальных уровней качества и надежности предлагаемых продуктов. Для этого мы внедряем контроль качества и надежности на каждом этапе проектирования технологических процессов и продуктов, а также на этапе производства. Нашим принципом является обеспечение «полного отсутствия дефектов» поставляемых компонентов.

Запросить уведомления об изменении продуктов/технологических процессов

Закрыть

• Сохранить в myAnalog Войти в myAnalog

{{#ifCond pcn. length 0}} {{else}} {{#each pcn}} {{/each}}

{{../labels.pcn}}	{{../labels.title}}	{{../labels.publicationDate}}
{{number}} {{#ifCond applicable false}} Уведомления PDN больше не применяются для этого компонента. Он отсутствует в данной версии PDN {{/ifCond}} {{#each links}} {{title}} {{/each}}	{{title}}	{{publishDate}}

{{/ifCond}} {{#ifCond pdn. length 0}} {{else}} {{#each pdn}} {{/each}}

{{../labels.pdn}}	{{../labels.title}}	{{../labels.publicationDate}}
{{number}} {{#ifCond applicable false}} Уведомления PDN больше не применяются для этого компонента. Он отсутствует в данной версии PDN {{/ifCond}} {{#each links}} {{title}} {{/each}}	{{title}}	{{publishDate}}

{{/ifCond}}

Приведенные цены действительны в США и указаны только для примерного бюджетного рассчета. Цены указаны в долларах США (за штуку в указанном размере партии) и могут быть изменены. Цены в других регионах могут отличаться в зависимости от местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют. Для уточнения стоимости обращайтесь в местные офисы продаж Analog Devices, или к официальным дистрибьюторам. Цены на оценочные платы и наборы указаны за штуку независимо от количества.

Помощь

 

Цена указана за одну единицу.

Через сайт Analog.com можно приобрести не более двух оценочных плат. Чтобы заказать более двух оценочных плат, пожалуйста, совершайте покупку через наших дистрибьюторов.

Цены указаны за одну штуку, в долларах США, на условиях ФОБ. Являются рекомендованными розничными ценами в США, приведены только для примерного расчета и могут меняться. Международные цены могут отличаться на величину местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют.

 

Операционные усилители для экономичных применений

Снижение энергопотребления электронной аппаратуры — постоянная задача для разработчиков. Особенно важным низкое энергопотребление является для аппаратуры, получающей питание от батарей или других источников питания ограниченной мощности: датчиков охранно-пожарной сигнализации, портативных измерительных и медицинских приборов, звукозаписывающих устройств, аппаратуры связи. Одна из возможностей для решения этой задачи — использование электронных компонентов, в том числе операционных усилителей, с низким собственным энергопотреблением и предпочтительно с однополярным питанием.

Первый микромощный ОУ — это µA776 фирмы Fairchild, известный российским специалистам как 140УД12. Этот ОУ благодаря наличию дополнительного вывода управления позволяет изменением тока через него изменять ток потребления в пределах 20–200 мкА. При этом, естественно, изменяются его характеристики, как по постоянному, так и по переменному току. Обычная для своего времени схемотехника ограничивает его применение в настоящее время.

Электронные схемы на германиевых транзисторах, поскольку их основная масса имела PNP-структуру, имели в качестве общего провода положительный полюс источника питания. В отрицательный же полюс питания включались стабилизаторы и развязывающие фильтры. Массовое распространение кремниевых транзисторов, для которых NPN-структура оказалась технологичнее, сделало традиционным использование в качестве общего провода (земли) в аппаратуре с одним источником питания его отрицательного полюса. Совершенствование схемотехники и технологии производства операционных усилителей привело к выпуску так называемых «single supply» ОУ, в которых при питании от одного источника входное синфазное напряжение может достигать потенциала земли и даже быть ниже его, а минимальная величина выходного сигнала отличается от потенциала земли всего на несколько десятков милливольт. Первыми такими ОУ стало семейство LM124/224/324/2902 фирмы National Semiconductor. Схемотехника этих усилителей оказалась настолько удачной, что они получили очень широкое распространение и выпускаются многими фирмами под теми же или несколько модифицированными обозначениями. Существуют версии этих усилителей с измененной схемой и уменьшенным энергопотреблением.

Дальнейшее развитие схемотехники ОУ, и в особенности освоение технологии КМОП линейных интегральных схем, привело к появлению так называемых «Rail-to-Rail» усилителей, в которых входное и выходное напряжения либо одно из них могут изменяться вплоть до отрицательного и положительного полюсов питания. В некоторых моделях ОУ с входом «Rail-to-Rail» входное напряжение может на 100–300 мВ выходить за пределы напряжения источника питания. Существуют и такие уникумы, как LT1782/LT1783/LT1784 от Linear Technology, работоспособность которых сохраняется при входном синфазном напряжении до 18 В при напряжении питания 3 В, правда при существенном увеличении входного тока.

Входной каскад Rail-to-Rail представляет собой параллельное соединение двух дифференциальных пар на комплементарных биполярных или МОП-транзисторах. Соответственно, с изменением входного синфазного напряжения изменяется входной ток, вплоть до изменения его направления, изменяется напряжение смещения, возможно с изменением знака. В точке переключения, где одна из дифференциальных пар прекращает работать, эти изменения могут иметь скачкообразный характер. Изменяются также и частотные характеристики ОУ. По этим причинам нежелательно использовать полный диапазон входного синфазного напряжения. Поскольку в последних разработках ОУ точка переключения преднамеренно смещена к одному из полюсов питания, это требование не вызывает практических затруднений. А вообще-то, без крайней необходимости лучше не использовать ОУ с входным каскадом Rail-to-Rail, особенно в прецизионных схемах на постоянном токе, тем более что такая необходимость возникает весьма редко.

При использовании ОУ с однополярным питанием может наблюдаться явление «переворота фазы». Если не предусмотрены встроенные или внешние элементы защиты, при выходе входного напряжения за пределы напряжения источника питания более установленных границ выходной сигнал ОУ меняет фазу на противоположную ожидаемой. Чаще всего после снятия входного сигнала работоспособность схемы восстанавливается. Характерным примером схемы, лишенной такой способности, является схема преобразователя напряжения в ток для двухпроводного датчика с токовым выходом 4–20 мА, приведенная в справочном материале на ОУ OP295/OP495 Analog Devices. При использовании в такой схеме ОУ, страдающего недугом «переворота фазы», без защитных элементов схема защелкивается с возрастанием потребляемого тока и возвращается в исходное состояние только после снятия питания.

В производстве операционных усилителей используются различные конструктивно-технологические решения, позволяющие в различных комбинациях получить требуемые характеристики:

• входные каскады на биполярных транзисторах обычно обеспечивают наименьший сдвиг нуля, его минимальный температурный дрейф и наименьшие значения напряжения шумов;
• входные каскады на полевых транзисторах с p-n-переходом и МОП-транзисторах имеют наименьшие входные токи и очень малый шумовой ток;
• выходные каскады на биполярных транзисторах могут обеспечивать большие выходные токи;
• технология линейных КМОП микросхем позволяет изготовить ОУ с минимальным энергопотреблением, но с максимальным напряжением питания не более 12 В.

Как правило, уменьшение собственного энергопотребления ОУ ведет к снижению быстродействия и повышению уровня шума, однако постоянное и непрерывное совершенствование технологии интегральных схем с уменьшением топологических размеров ведет к появлению все новых и новых семейств ОУ с более совершенными параметрами.

Экономичные ОУ выпускаются многими фирмами, но особенно преуспели в этом Linear Technology, Maxim, Microchip, National Semiconductor, Texas Instruments, STMicroelectronics. Наиболее экономичные ОУ у Maxim и Microchip, а в производстве прецизионных экономичных ОУ впереди Analog Devices, Linear Technology и Texas Instruments.

Семейства ОУ с их краткими характеристиками сгруппированы в таблицы. Все данные взяты из официальных материалов изготовителей. Основными критериями отбора стали минимальный потребляемый ток и работоспособность с однополярным питанием, что является определяющим для аппаратуры с батарейным питанием. Не рассмотрены ОУ с токовой обратной связью, мало используемые в портативной аппаратуре.

Наряду с ОУ, специально предназначенными для работы с одним источником питания, в таблицы включена и часть ОУ, не имеющих такой характеристики. Это касается ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах, удобных для построения активных фильтров, особенно инфранизких частот, и некоторых быстродействующих ОУ.

Для уменьшения объема таблиц каждое из семейств представлено основным исполнением. В отличие от обычного представления в подобных таблицах лучших показателей по каждому параметру, все параметры по возможности приведены при питающем напряжении 5 В, что дает лучшие возможности для сравнения ОУ разных производителей. Диапазон допустимых значений напряжения питания показан для однополярного включения. Максимальный выходной ток приведен для размаха выходного напряжения на 0,5 В меньше его максимально возможного значения. Жирным шрифтом выделены значения параметров во всем рабочем диапазоне температур.

Более подробные таблицы с большим набором параметров, в том числе с указанием рабочего диапазона температур и вариантов корпусов, можно скачать по ссылке http://www. finestreet.ru/dl.php?f=kitxls

Большая часть ОУ вошла в таблицу 1. В этой таблице практически все усилители имеют типичное значение тока потребления менее 0,5 мА. Только несколько ОУ с типовым значением потребляемого тока до 0,8 мА представлены в качестве примеров усилителей с большим выходным током и быстродействием.

Таблица 1

Таблица 1 (окончание)

Примечания:

1. В столбце «Изготовитель»: AD — Analog Devices Inc.; ALD — Advanced Linear Devices Inc.; AS — Альфа; F — Fairchild Semiconductor; IL — Интеграл; LND — Linear Dimensions Semiconductor; LT — Linear Technology Co.; MAX — Maxim Integrated Products; MCP — Microchip Technology Inc.; MIC — Micrel Inc.; NEC — Nippon Electronics Co.; NS — National Semiconductor Co.; ON — ON Semiconductor; PH — Philips Semiconductors; STM — STMicroelectronics; TI — Texas Instruments Inc.; UTC — Unisonic Technologies.

2. В столбцах «Rail-to-Rail (вход, выход)», «Однополярное питание», «Отключение» символом • отмечено наличие соответствующего признака.

3. В столбце «Переворот фазы» символом • отмечено наличие явления, символом x — отсутствие явления, пустая ячейка означает отсутствие четких указаний в справочных данных изготовителя.

Чемпионами по энергопотреблению являются ОУ серий MCP604x и MCP614x от Microchip с током потребления 0,6 мкА и MAX4036, MAX4038 от Maxim с током потребления 0,9 мкА. Естественно, при этом они имеют очень малое быстродействие и повышенный уровень шумов. Для ОУ MAX4289, Maxim минимально допустимое напряжение питания составляет всего 1 В, что является рекордным показателем. Характеристики ОУ, особенно напряжение смещения и входные токи, существенно зависят от температуры окружающей среды, что требуется учитывать при конструировании аппаратуры. ОУ с минимальным температурным дрейфом напряжения смещения обычно относятся к категории прецизионных, которые рассматриваются ниже. А вот усилители LMC6482/LMC6484 фирмы National Semiconductor, изготовленные по КМОП-технологии, имеют входной ток не более 4 пА в диапазоне температур окружающей среды –40…+85 °С и не более 10 пА при температурах –55…+125 °С.

Прецизионные усилители представлены в таблице 2. Как и для ОУ общего применения, типовое значение потребляемого тока не превышает 0,5 мА, и только AD8625/AD8626/AD8627 с током потребления 0,63 мА приведены в качестве примера прецизионного широкополосного ОУ с большим выходным током. Обычно усилители с входными каскадами на полевых транзисторах имеют заметно большие значения напряжения смещения и его температурного дрейфа, и в большинстве своем прецизионные ОУ производятся по биполярной технологии. Однако такие КМОП прецизионные ОУ, как OP334 Texas Instruments с автокоррекцией нуля, имеют типовое значение напряжения смещения на уровне 1 мкВ.

Таблица 2

Снижение энергопотребления плохо совмещается с обеспечением быстродействия, но есть и весьма быстродействующие усилители с достаточно малым потребляемым током. Поистине быстродействующими являются ОУ MIC919, MIC921 от Micrel, последний из которых имеет частоту единичного усиления 37 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 1500 В/мкс при токе потребления 300 мкА.

Стремление к уменьшению габаритов аппаратуры привело к появлению комбинированных аналоговых схем, перечисленных в таблице 3, в которых операционные усилители дополнены другими элементами. Например, микросхемы MAX4174 и MAX4274 содержат встроенные прецизионные резисторы обратной связи и выпускаются в 54 стандартных вариантах, обеспечивающих коэффициент усиления от 0,4 до 100 в инвертирующем включении и от 1,25 до 101 в неинвертирующем включении с погрешностью не хуже 0,1%. MAX4175, MAX4275 дополнительно к резисторам обратной связи содержат делитель напряжения питания на 2, подключенный к неинвертирующему входу. Все ОУ имеют встроенную защиту входов от повышенного напряжения до ±17 В.

Таблица 3

MAX4037 и MAX4039 содержат один и два операционных усилителя и источник опорного напряжения 1,232 В±0,5% с температурным коэффициентом напряжения не хуже 120 ppm/°С. Источник опорного напряжения буферизирован и обеспечивает вытекающий ток 100 мкА и втекающий ток 20 мкА.

Многие модели ОУ имеют специальный вывод выключения. Усилитель активируется подачей сигнала на этот вывод. При снятии сигнала ток, потребляемый усилителем, многократно уменьшается, а выход усилителя переходит в высокоомное состояние. Например, ток утечки для LT17841IS6 в режиме выключения не превышает 1 мкА при типовом значении потребляемого тока 500 мкА. Эту функцию можно использовать как для экономии энергии, так и для мультиплексирования сигналов переменного тока. LMV422 от National Semiconductor имеет режим пониженного энергопотребления, в котором усилитель продолжает выполнять свои функции с уменьшением потребляемого тока с 400 до 2 мкА, естественно с ухудшением быстродействия.

Миниатюризации аппаратуры способствует миниатюризация корпусов интегральных схем. Распространенные миниатюрные корпуса — это SC70 для одиночных ОУ и MSOP, TSSOP — для сдвоенных и счетверенных.

Представленные материалы помогут в выборе группы ОУ, наиболее подходящих для выполнения конкретной задачи. Оптимизировать выбор можно только изучив подробные справочные данные на выбранные изделия.

Мостовые усилители для приложений с однополярным источником питания

Добавлено 19 декабря 2019 в 19:40

В данной статье описывается схема мостового усилителя и объясняется, почему она особенно удобна, когда у вас нет источника отрицательного напряжения.

Вспомогательная информация

• Введение в операционные усилители

Почему однополярный источник питания?

Существует несколько различных терминов, используемых для обозначения системы, в которой разработчик имеет доступ к шинам положительного и отрицательного напряжения: двуполярное, симметричное, с двойным источником питания, с раздельными источниками питания. Как бы вы ни хотели их назвать, они мне нравятся; аналоговые схемы являются более простыми и (на мой взгляд) более математически связными, когда уровень сигнала может опускаться фактически ниже уровня земли.

Однако неизбежный факт заключается в том, что система с двойным источником питания обычно является персоной нон-грата в мире современной электроники. Причина этого достаточно проста: для создания источника отрицательного напряжения требуются дополнительные схемы, что означает больше времени проектирования, более высокую стоимость и большие размеры печатной платы; таким образом, если системные требования могут быть каким-то образом выполнены без обращения к отрицательной шине питания, тем лучше. Альтернативой дополнительной схеме является вторая батарея; помимо того, что этот подход применим только к оборудованию с питанием от батарей, он всё же увеличивает стоимость и громоздкость, которые могут быть устранены с помощью продуманной схемы с однополярным источником питания.

Примечание. Не существует закона, утверждающего, что система с двойным источником питания должна иметь положительное и отрицательное напряжения питания, которые равны по величине (то есть симметричны). Однако симметричные источники питания являются нормой для схем усилителей, и обсуждение систем с двойными источниками питания или с раздельными источниками питания может включать предположение, что напряжения питания являются симметричными.

Мостовой усилитель

Одной вещью, которая может быть трудной в среде с однополярным источником питания, является формирование выходных сигналов переменного тока высокой мощности. Давайте посмотрим на схему, которая может помочь с этой задачей:

Рисунок 1 – Мостовой усилитель

Как видите, входной сигнал подается на две схемы на операционных усилителях, одна неинвертирующая, другая инвертирующая; резисторы выбираются таким образом, чтобы оба усилителя имели одинаковую величину коэффициента усиления. Нагрузка подключена между выходами двух усилителей; обратите внимание, что нагрузка «плавающая», то есть она не имеет прямого соединения с узлом земли. Как вы, наверное, уже поняли, мостовой усилитель приводит к увеличению напряжения на нагрузке в два раза:

Рисунок 2 – Мостовой усилитель приводит к увеличению напряжения на нагрузке в два раза

Показанный здесь стандартный мостовой усилитель не является схемой с однополярным источником питания. Оба операционных усилителя имеют входной вывод, который привязан к земле; таким образом, входной синусоидальный сигнал с привязкой к земле потребовал бы от обоих операционных усилителей формирование отрицательных выходных напряжений, и это, конечно, совершенно невозможно, когда вывод отрицательного питания операционного усилителя подключен к земле.

Версия с однополярным источником питания

Следующая схема адаптирует схему мостового усилителя к использованию однополярного источника питания:

Рисунок 3 – Мостовой усилитель с однополярным питанием

Важная особенность схемы на операционном усилителе с однополярным источником питания – это напряжение смещения, которое задает опорный уровень, равный половине напряжения питания (так же, как потенциал земли служит в качестве опорного уровня среднего напряжения питания в системах с двойным источником питания). Напряжение смещения не обязательно должно быть равно половине напряжения питания, но оно обычно выбирается таким при работе с синусоидальными сигналами, поскольку смещение, равное половине напряжения питания гарантирует, что выходной сигнал имеет одинаковые возможности раскачиваться и в «положительную», и в «отрицательную» стороны («положительная» значит выше напряжения смещения, а «отрицательная» значит ниже напряжения смещения).

Существуют различные способы смещения в схемах на операционном усилителе с однополярным источником питания. На мой взгляд, самый простой подход показан на схеме, приведенной выше: вы конфигурируете схему как инвертирующий усилитель и прикладываете V_смещ к положительному входу. Вот почему мостовой усилитель с однополярным источником питания использует два инвертирующих усилителя, тогда как стандартный мостовой усилитель использует неинвертирующий усилитель и инвертирующий усилитель.

Смещение неинвертирующего усилителя неудобно – независимо от того, применяете ли вы смещение к положительному или отрицательному входу, взаимосвязь между напряжением смещения и выходным напряжением является более сложной по сравнению с инвертирующей схемой. Кроме того, если для формирования напряжения смещения вы используете резистивный делитель, резисторы в неинвертирующем усилителе взаимодействуют с резисторами в делителе и тем самым делают вашу жизнь еще более сложной, чем она уже есть. Инвертирующая схема позволяет подключать напряжение смещения непосредственно к высокоимпедансному входному выводу операционного усилителя, и, таким образом, вы можете использовать резистивный делитель без опасений:

Рисунок 4 – Организация смещения в мостовой схеме с однополярным питанием

Наконец, вы, вероятно, заметили, что на вход одного из операционных усилителей подается не сам входной сигнал, а выходной сигнал другого операционного усилителя. 2 \times \frac{1}{R}\]

Таким образом, мощность пропорциональна квадрату пикового напряжения. Мостовая схема удваивает напряжение на нагрузке; следовательно, она обеспечивает увеличение мощности, передаваемой нагрузке, в четыре раза. Возможно, вы задаетесь вопросом – почему мы не можем просто использовать один операционный усилитель и увеличить коэффициент усиления, чтобы получить большее напряжение? Зачем беспокоиться о мостовой схеме? Это хорошие вопросы, и ответ на них следующий: мостовой усилитель обеспечивает P_нагр, превышающую в четыре раза максимальную мощность, которую вы можете достичь при заданном напряжении питания. Другими словами, мостовой усилитель особенно полезен, когда вы пытаетесь получить как можно больше мощности от вашей шины питания.

В этот век низковольтных систем вы можете обнаружить, что напряжение питания является ограничивающим фактором того, какую мощность вы можете подавать на нагрузку. Предположим, что сопротивление нагрузки является фиксированным, поэтому вы не можете увеличить мощность, уменьшив R_нагр, и давайте также предположим, что у вас имеется достаточный уровень тока, доступный от вашего источника питания. В этом случае ваш источник питания 3,3 В сдерживает вас – вы могли бы легко подать больше мощности, если бы у вас было немного большее напряжение питания. Ну, вот тут-то и появляется мостовой усилитель: та же шина напряжения, но в четыре раза большая мощность.

Не требуется конденсатор связи

Моя любимая особенность мостового усилителя заключается в том, что он позволяет устранить постоянное напряжение смещения без устранения постоянного напряжения смещения… или что-то типа того. Допустим, у вас есть динамик, который вам необходимо подключить к вашей схеме с однополярным источником питания. Все аудиосигналы имеют смещение по постоянному напряжению, которое удерживает отрицательные участки синусоиды выше уровня земли. Но сигнал, который мы посылаем на динамик, должен быть чистым переменным напряжением; постоянное напряжение смещения в аудиосигнале уменьшает динамический диапазон и способствует искажению. Эта проблема часто решается с помощью конденсатора, блокирующего постоянный ток (также называемого разделительного конденсатора), но у этого подхода есть недостатки: во-первых, конденсатор может быть достаточно большим (часто сотни микрофарад), чтобы избежать ослабления низкочастотных составляющих сигнала; во-вторых, вам нужно беспокоиться о переходных эффектах, связанных с зарядом или разрядом разделительного конденсатора, таких как артефакты типа «щелчков» и «хлопков», которые мешают воспроизведению звука.

К счастью, если у вас есть мостовой усилитель, то отпадает необходимость в разделительном конденсаторе. Дополнительная особенность инвертированных и неинвертированных сигналов такова, что постоянное напряжение смещения одного сигнала может компенсировать постоянное напряжение смещения другого:

Рисунок 5 – Компенсация напряжения смещения

Заключение

Мы рассмотрели стандартный мостовой усилитель, а также вариант, совместимый с однополярным источником питания, и обсудили два основных преимущества, предлагаемых мостовой схемой. Как один из моих профессоров однажды сказал в связи с какой-то математической концепцией, которую я не могу вспомнить, сложите ее и держите в кармане; мостовой усилитель может оказаться весьма полезным, когда вам будет необходимо подавать значительный уровень мощности сигнала переменного напряжения от низковольтной системы или системы с однополярным источником питания.

Оригинал статьи:

• Robert Keim. Bridge Amplifiers for Single-Supply Applications

Теги

Аудиосистема с однополярным источником питанияАудиоусилительМостовой усилительНапряжение смещенияНапряжение смещения операционного усилителяОперационный усилитель с однополярным источником питанияОУ (операционный усилитель)Системы с однополярным источником питанияУсилительУсилители

Что означают «rail-to-rail» и однополярное питание?

10 октября 2017 г. Джанет Хит

Применительно к аналоговым сигналам «рельс» — это граница, внутри которой должен работать сигнал. Долгое время операционные усилители требовали противоположных, но одинаковых источников напряжения. Если вы видите операционный усилитель с двойным питанием или двойным напряжением, это означает, что усилитель питается от двух напряжений питания; абсолютные уровни напряжения питания одинаковы, за исключением того, что одно отрицательное и колеблется ниже 0 В, а другое напряжение питания положительное и колеблется выше 0 В. Операционные усилители с однополярным питанием появились позже и более удобны тем, что только один для их питания требуется напряжение.

Рельсы относятся к уровням напряжения питания. Верхняя планка на выходе напряжения операционного усилителя относится к самому высокому уровню напряжения, которого он может достичь, который ограничен напряжением питания, питающим операционный усилитель. «Rail-to-rail» означает, что сигнал колеблется до уровня напряжения питания как на положительной, так и на отрицательной шинах. Но так ли это? Не совсем. Только система без трения могла бы получать энергию, воздействовать на нее для выполнения некоторой работы, а затем получать на выходе тот же уровень энергии, который был вложен. чертовски близко». В некоторых рекламных объявлениях говорится, что они выходят «за пределы рельсов», но выход за пределы рельсов обычно означает обрезание сигнала. Максимальное размах выходного напряжения от пика до пика соответствует тому, при котором форма сигнала не обрезается по отношению к заданному уровню.

Рис. 1: В этом примере верхняя шина — это напряжение питания, VDD. Напор 300 мВ, нижняя шина заземлена. Если операционный усилитель действительно является рельсовым, то ограничение (темно-красные линии) не произойдет при напряжении 4,4 В. (Источник: Texas Instruments) и железнодорожный выход (RRO). Если операционный усилитель может управлять RRO, это означает, что у вас есть хороший динамический диапазон для работы с сигналом. Родственный термин, запас по высоте, является мерой того, насколько близко сигнал подходит к рельсам. Расстояние от рельса до пикового выходного сигнала напряжения является запасом. Запас 0,3 В при напряжении питания 3,3 В означает, что ваш сигнал может достигать +/- 3,0 В без искажений (запас относится как к положительным, так и к отрицательным шинам питания). Свободный запас увеличивается по мере увеличения выходного тока.

Рис. 2. Еще один крупный план сигнала рядом с верхней направляющей показывает, что ограничение может произойти, когда выходной сигнал приближается к пределам своего динамического диапазона. VDD — это напряжение питания усилителя, определяющее шину. (Источник: Microchip)

Давайте рассмотрим гипотетический пример. Любой аналоговый сигнал, измеряемый в уровнях напряжения, имеет ограниченное пространство для работы, если напряжение питания составляет всего +/-3,3 В (при общем выходном размахе 6,6 В). Предположим, что операционный усилитель имеет тип , а не RRO, а максимальный уровень напряжения на выходе операционного усилителя составляет 3,0 В. Теперь шума трудно избежать, поэтому давайте будем реалистами и предположим, что шум зависит от аналогового сигнала. добавление или вычитание +/-0,4 В к истинному сигналу. (Истинный сигнал — это тот, который вы обработали на бумаге или в компьютерной симуляции в чистом, свободном от шума мире.)

Таким образом, при напряжении питания 3,3 В вы теряете 0,3 В динамического диапазона, потому что мы не живем в мире без трения. Электроны теряют энергию, когда они движутся по цепям для выполнения работы, а энергия теряется из-за тепла и так далее. Теперь предположим, что вы установили триггер тревоги на срабатывание, если сигнал достигает 2,9 В. Ваш триггер может срабатывать, когда на вашем аналоговом выходе фактически всего 2,5 В, потому что к сигналу добавляется пиковое напряжение шума +0,4 В, который триггер видит как 3,0 В, выходящие из операционного усилителя. Система не может отличить шум от сигнала, поэтому она видит 2,5 В + 0,4 В = 2,9.V и отпускает курок. С другой стороны, шум может вызвать отрицательное падение выходного сигнала, из-за чего триггер не сработает, когда предполагалось (или, возможно, никогда), потому что при 2,9–0,4 В сигнал воспринимается как достигающий не более +2,5 В. .

Усилитель RRO должен обеспечивать почти полный диапазон, ограниченный напряжением питания (Vs). При Vs, равном 6,6 В, на положительной шине будет +3,3 В, на отрицательной — -3,3 В, а если операционный усилитель имеет линейное напряжение, выходное напряжение может фактически быть ограничено на уровне 3,25 В. Таким образом, 0,4 В шум все равно будет, но менее эффективен.

Выше приведены только примеры. Вы должны посмотреть в техпаспорте самое высокое выходное напряжение (V _OH ) и самое низкое выходное напряжение (V _OL ) вашего операционного усилителя RRO, чтобы определить, что вы на самом деле получаете. На рисунке 2 ниже показан раздел таблицы данных Analog Devices для ADA4622; операционный усилитель RRO с однополярным питанием. ADA4622 имеет единственное напряжение питания 30 В (но операционный усилитель разделяет эти 30 В на две шины, чтобы переключаться между +15 В и -15 В). Обратите внимание, что типичный V _OH находится очень близко к шине при 14,97 В, но самое худшее, что вы должны испытать, это +14,95 на верхней шине. Нижняя планка в худшем случае будет -14,935. Другими словами, Vs -V _OUT = V _OH .

Рис. 3. Операционный усилитель Analog Devices ADA4622 RRO с однополярным питанием имеет типичную верхнюю шину 14,97 В, что довольно неплохо, учитывая, что напряжение питания в идеальном мире создаст верхнюю шину 15 В. (Источник: Analog Devices)

Этот термин позволяет быстро определить, работаете ли вы с максимально возможным запасом мощности и хорошо ли он выглядит в заголовке таблицы данных. Не зацикливайтесь на рельсах. Для более глубокого понимания того, как операционные усилители RRO подходят так близко к рельсам, см. примечания по применению Microchip ADN009., «Что на самом деле означает операция «Rail-to-Rail»?» Бонни Бейкер и отчет о применении Texas Instruments SLOA039A, «Применение операционных усилителей Rail-to-Rail», Андреас Хан.

Рубрики: Analog ICs, FAQ, Featured Tagged With: основы, FAQ

AN-22 Работа от одного источника питания с операционными усилителями мощности

Работа от одного источника питания с операционными усилителями мощности

Конструкция усилителя мощности

Сводка: Статья описывает проблемы и решения для работы мощных операционных усилителей с одним высоким напряжением питания. Предлагается несколько схем приложений, которые могут помочь пользователю снизить стоимость системы при сохранении высокой производительности. Предполагается некоторое знакомство со схемами операционных усилителей.

Хотя эта статья предполагает наличие некоторых знаний об операционных усилителях, некоторым читателям может быть полезно просмотреть краткий обзор теории операционных усилителей. Другие читатели могут свободно переходить на страницу 3.

Современные операционные усилители, построенные из дискретных компонентов или монолитной микросхемы, по многим характеристикам приближаются к идеальному блоку дифференциального усиления, показанному на рис. A. Идеальный блок дифференциального усиления характеризуется бесконечный коэффициент усиления и полоса пропускания, бесконечный входной импеданс, нулевой выходной импеданс и нулевая дифференциальная входная ошибка. Эти характеристики подразумевают, что общая производительность прикладной схемы определяется внешними компонентами, подключенными к операционному усилителю.

Рисунок A

Легче анализировать любую схему операционного усилителя, если помнить об идеальных характеристиках, а также помнить, что действие любой схемы операционного усилителя заключается в изменении выходного сигнала с такой амплитудой и полярностью, что два входа (+ и -, неинвертирующий и инвертирующий соответственно) находятся при одном и том же напряжении. Операционный усилитель выполняет это за счет обратной связи, то есть внешних компонентов, подключенных между входами и выходом операционного усилителя. Инвертирующий вход назван так потому, что положительный сигнал (например) на этом входе заставляет выход операционного усилителя быть отрицательным. Неинвертирующий вход делает обратное; положительный входной сигнал на неинвертирующем входе заставляет выход также быть положительным. Схему на рисунке B, например, можно легко проанализировать, используя эти принципы.

Рисунок B

Обратите внимание, что неинвертирующий вход усилителя заземлен (ноль вольт). Поскольку идеальный усилитель имеет нулевую дифференциальную ошибку, инвертирующий вход также должен иметь нулевое напряжение (виртуальная земля). Если входное напряжение равно +1 В, то в инвертирующий узел (-) поступает 1 мА. Помните, что для идеального усилителя ток не протекает на входы (бесконечное входное сопротивление). Таким образом, весь 1 мА должен поступать на R _F (10 кОм). Результирующее напряжение на выходе усилителя должно быть -10В (1мА Х 10к). Это базовая конфигурация инвертирующего усилителя.

Аналогичный анализ можно выполнить с входным сигналом, подключенным к неинвертирующему входу операционного усилителя. На рисунке C +1V подключен к + входу операционного усилителя. Как и прежде, поскольку дифференциальная ошибка между входами операционного усилителя отсутствует, инвертирующий вход также должен иметь напряжение +1 В. Выход усилителя колеблется в направлении (полярности) и амплитуде, чтобы сделать это так. +1 В заставляет 1 мА течь в землю от инвертирующего узла. Таким образом, те же 1 мА проходят через R _F (10 кОм), развивая при этом 10 В. С одного конца R _F подключен к +1 В, другой конец должен быть на +11 В, и это объясняет усиление сигнала +11 в отличие от усиления сигнала инвертирующего усилителя на рисунке B из -10 с использованием тех же значений для R _IN и Р _Ф . Это базовая конфигурация неинвертирующего усилителя.

Эти простые понятия помогут в анализе любой схемы операционного усилителя.

Рисунок C

Если вы пропустили введение в операционный усилитель, вы можете продолжить обсуждение здесь:

С самого начала операционные усилители питались от положительных и отрицательных источников питания ─ ±15 Вольт, например, очень распространены. Для этого есть веские причины: двойное питание устраняет возможные проблемы смещения с внутренней конструкцией операционного усилителя и, с внешней точки зрения, позволяет выходу усилителя достигать нуля вольт. Двойные источники питания также позволяют, например, реверсировать заземленную нагрузку двигателя. Подход с двойной поставкой работает очень хорошо, но также имеет влияние на стоимость.

За последние несколько лет на рынке появилось множество маломощных операционных усилителей, которые могут работать от одного источника питания. Некоторые из этих конструкций представляют собой «от рельса к рельсу» или RRIO, что означает ввод «от рельса к рельсу» и выход «от рельса к рельсу»; то есть как входное, так и выходное напряжение могут колебаться до напряжения источника питания. В случае выходной спецификации «от рельса к рельсу» на самом деле только приближение. Поскольку выходные транзисторы операционного усилителя потребляют или потребляют ток, обязательно происходит некоторое падение напряжения. На входах операционного усилителя, однако, реально достижимо «rail-to-rail».

В случае мощных операционных усилителей ситуация несколько иная. В отличие от миллиамперного выхода своих маломощных собратьев, мощный операционный усилитель может обеспечивать выходной ток от нескольких ампер до нескольких десятков ампер в зависимости от модели. Операционные усилители мощности обычно не работают с RRIO, хотя несколько моделей ОУ на ИС, представленных на рынке, имеют входной синфазный диапазон, включающий отрицательное напряжение питания (см. обсуждение ниже).

В этом плане Power Amp Design уникален. На сегодняшний день Power Amp Design предлагает две модели RRIO: PAD117 и PAD127. Как и их собратья с малым сигналом, эти две модели не могут обеспечивать выходной ток без некоторого падения напряжения, но, например, PAD117 может выдавать 15 ампер при падении напряжения питания всего на 1,5 вольта. PAD127 может сделать то же самое с выходом 30 ампер.

Основными причинами использования мощного операционного усилителя с одним напряжением питания являются стоимость и/или вес системы. В то время как обеспечение ±15 вольт для операционного усилителя слабого сигнала может не потребовать больших затрат, второй источник питания, который может обеспечить 10 или 20 ампер при 50 или 100 вольтах, был бы значительным по стоимости и весу.

При выборе мощного операционного усилителя для однополярного источника питания необходимо изучить две важные характеристики операционного усилителя: входной синфазный диапазон и размах выходного сигнала под нагрузкой.

Диапазон входного синфазного сигнала указывает, насколько близко входы операционного усилителя могут подходить к шинам источника питания, при этом операционный усилитель все еще работает правильно. В каждой схеме операционного усилителя на двух входах поддерживается практически одинаковое напряжение благодаря обратной связи во внешней цепи. Когда входное напряжение выходит за пределы синфазного диапазона усилителя, требования внутреннего смещения операционного усилителя больше не выполняются, и выходное напряжение усилителя не может колебаться до правильного выходного напряжения. Часто синфазный диапазон не является симметричным, т. е. входы могут колебаться в пределах 2 вольт от отрицательного напряжения питания, но только в пределах 5 вольт от положительного напряжения питания. Некоторые усилители допускают, чтобы входы были полностью подключены к отрицательному напряжению источника питания, и эти конструкции часто упоминаются как имеющие «диапазон синфазного сигнала, включающий землю». Модель PAD117 от Power Amp Design является таким усилителем.

Спецификация возможности размаха выходного сигнала мощного операционного усилителя также важна. При высоком выходном токе выходное напряжение обычного мощного операционного усилителя может упасть на 7 вольт по сравнению с напряжением источника питания. Если, например, приложение с одним источником питается от источника питания +48 В, размах выходного сигнала может быть ограничен до 34 В из-за падения на 7 В на каждой шине питания (+48 В и земля ─ отрицательное питание). Падение напряжения на каждой шине питания ограничивает размах выходного сигнала и снижает эффективность схемы. Потраченная мощность приводит к повышению рабочей температуры усилителя.

В наиболее обычной конфигурации с одним источником питания (рис. 1) мощный операционный усилитель питается от положительного источника питания (+V _S ), а отрицательный источник питания (-V _S ) подключен к земле (общий ). Общая проблема проектирования в этой конфигурации заключается в том, что неинвертирующий вход должен быть подведен к некоторому положительному напряжению, чтобы удовлетворить требования синфазного режима операционного усилителя. Некоторые мощные операционные усилители на рынке имеют диапазон синфазных сигналов, включающий отрицательное напряжение питания, но это редкость. С точки зрения смещения, выходному каскаду все равно, доступна ли только одна полярность напряжения питания, но входному каскаду все равно, если он специально не спроектирован так, чтобы его синфазный диапазон включал отрицательное напряжение питания.

Рисунок 1

На этом этапе необходимо провести различие. Традиционно операционные усилители имеют только два разъема питания: +V _S и –V _S . Большинство операционных усилителей, представленных сегодня на рынке, питаются таким образом. Следовательно, «один источник питания» стал означать, что весь операционный усилитель должен работать от этих двух входов питания, один из которых заземлен для работы с одним источником питания. Но для мощных операционных усилителей все, что на самом деле необходимо, — это чтобы выходной каскад операционного усилителя работал от одного напряжения питания, поскольку отказ от одного источника высокой мощности обеспечивает экономию средств. Малые сигнальные каскады операционного усилителя не обязаны работать от одного напряжения питания, даже если выходной каскад усилителя работает.

Модели с конструкцией усилителя мощности имеют значительные преимущества при использовании в приложениях с одним источником питания по сравнению с большинством монолитных или гибридных операционных усилителей мощности. Модели Power Amp Design обычно работают от четырех источников питания: +Vcc, -Vcc, которые подключены к малым сигнальным каскадам усилителя, и +Vs и -Vs, которые подключены к выходному каскаду усилителя. Во многих или большинстве приложений +Vcc и +Vs связаны друг с другом, а также -Vcc и -Vs связаны. Но эти связи не обязательны. (Четыре подключения источника питания не предусмотрены в моделях RRIO PAD117 и PAD127, поскольку эта функция не нужна для конструкций RRIO.)

Давайте рассмотрим приложение (рис. 2), в котором биполярные источники питания системы доступны для питания слабых сигнальных каскадов усилителя, но выходной каскад питается от одного источника высокой мощности.

Рисунок 2

Схема на Рисунке 2 использует преимущества четырех напряжений питания, доступных в моделях операционных усилителей Power Amp Design. На рисунке показаны соединения источника питания с малосигнальными (входными) каскадами операционного усилителя, а также соединения питания с МОП-транзисторами выходного каскада. В то время как положительные соединения источника питания соединены вместе (+V _CC и +V _S ) отрицательные соединения источника питания (-V _CC и -V _S ) не подключены. Вместо этого -V _CC подключается к системе питания -15 В, а выходной каскад -V _S заземляется. Подключение системного источника питания -15 В к каскаду слабого сигнала мощного операционного усилителя обычно не представляет сложности, поскольку каскады слабого сигнала операционного усилителя обычно потребляют всего несколько миллиампер.

Альтернативное соединение для -V _CC дает два преимущества. Одним из преимуществ является то, что соблюдается спецификация диапазона входного напряжения синфазного сигнала. Неинвертирующий вход заземлен и, таким образом, составляет 15 В от отрицательного напряжения питания (-V _CC ). Некоторые схемы выходных каскадов операционных усилителей (например, PAD128) обладают вторым и менее очевидным преимуществом: транзистор выходного каскада, подключенный к -V _S , имеет дополнительные 15 В управляющего напряжения. Таким образом, выходной транзистор может управлять выходным напряжением намного ближе к земле, чем это было бы возможно в противном случае.

Другая особенность схемы на рис. 2 использует -15В для создания смещения +24В на выходе усилителя. Таким образом, любой входной сигнал переменного тока будет колебаться в плюс-минус относительно уровня +24 В постоянного тока на выходе усилителя. Если напряжение -15 В колеблется в зависимости от нагрузки или температуры, выходной сигнал усилителя также будет колебаться. Поэтому лучше всего, чтобы напряжение -15 В было либо регулируемым и стабильным по температуре, либо регулировалось до какого-либо другого более низкого напряжения, которое является стабильным.

Усилитель имеет некоторое напряжение смещения, которое дрейфует в зависимости от температуры. Для мощных операционных усилителей типичные напряжения смещения составляют от 1 до 5 мВ, а дрейф достигает 50 мкВ/°C. Напряжение смещения усилителя увеличивается на выходе за счет коэффициента усиления усилителя по постоянному току, установленного цепью обратной связи. Любое внешнее смещение, устанавливаемое схемой, должно быть не менее стабильным, чем смещение усилителя.

На рис. 3 ниже показана другая схема, аналогичная инвертирующей схеме на рис. 2, но неинвертирующая. Математически эта схема немного сложнее, так как R _O и R _IN появляются параллельно (символ || в уравнении) при расчете коэффициента усиления схемы. Примеры номиналов резисторов приведены для иллюстрации коэффициента усиления сигнала 11, в то время как выход смещен к значению постоянного тока +24 В.

Рисунок 3

На Рисунке 4 ниже идеи Рисунка 2 и Рисунка 3 объединены в мостовую схему для привода щеточного двигателя. В то время как выход усилителя А становится положительным (рис. 5а), выход усилителя В становится отрицательным (рис. 5б). В результате до 96В пик-пик (рисунок 5с) доступен для управления двигателем от одного источника питания +48В (пренебрегая падением напряжения на выходном каскаде каждого усилителя). Коэффициент усиления сигнала каждого усилителя равен 11, а общий коэффициент усиления сигнала, который появляется на двигателе, равен 22 для показанных значений. Другой способ интерпретировать выходной сигнал мостовой схемы заключается в том, что двигатель может вращаться до 100 % оборотов в минуту в любом направлении в зависимости от полярности входного напряжения.

Рисунок 4Рисунок 5

В другой системе может отсутствовать источник отрицательного слабого сигнала. В простейшем случае однополярный входной сигнал приводит к однополярному выходному напряжению усилителя. На рис. 6 сигнал 0/5 В дает выходное напряжение 0/46 В от операционного усилителя мощности PAD117 RRIO от Power Amp Design. Без тока нагрузки выход PAD117 может достигать нуля вольт. Вход также может работать от шины к шине, поэтому входное напряжение равное нулю вольт не нарушает синфазный диапазон усилителя. Это приложение, в котором операционный усилитель мощности RRIO очень полезен, поскольку для правильной работы усилителя требуется несколько внешних компонентов.

Рисунок 6

Еще одна схема, более универсальная и более сложная, показана на рисунке 7 ниже. В этой схеме схема накачки заряда преобразует высокое положительное напряжение питания в отрицательное низкое опорное напряжение, подходящее для установления смещения +24 вольта на выходе усилителя мощности.

Рисунок 7

Усилитель на рисунке 7 представляет собой PAD117 от Power Amp Design и представляет собой конструкцию RRIO. Неинвертирующий вход можно заземлить и не нарушать входной синфазный диапазон усилителя. Усиление каскада усилителя легко регулируется, как и выходное напряжение смещения, регулировкой резистора R9.0021 F , R _IN и R _O . Для максимальной стабильности выходного смещения D1 представляет собой эталонную интегральную схему, которая действует как стабилитрон, например National LM4040DIM3-5.0. Схема инвертора напряжения подкачки заряда построена с использованием интегральной схемы Microchip TC7660. TC7660 требует два внешних конденсатора (не показаны) для преобразования напряжения.

Резюме

Традиционно операционные усилители имеют только две клеммы питания. Поскольку одна клемма питания заземлена для приложений с однополярным питанием, необходимо использовать некоторую схему смещения входа, чтобы удовлетворить требования к входному синфазному напряжению
ОУ. Хотя эту проблему можно решить с помощью конструкции входного каскада с диапазоном синфазных напряжений, включающим отрицательное напряжение питания, такая конструкция для мощных операционных усилителей встречается редко. В целом, для мощного операционного усилителя более выгодно иметь четыре клеммы питания, где малые сигнальные каскады мощного операционного усилителя и выходной каскад питаются отдельно, чтобы входные каскады операционного усилителя могли использовать преимущества низковольтных источников питания. которые уже могут быть доступны в системе. Также более выгодно использовать мощные операционные усилители, имеющие конструкцию RRIO, поскольку в этой конструкции легче смещать в приложениях с одним источником питания и обеспечивает более эффективное использование доступных напряжений питания, поскольку выходной сигнал конструкции RRIO колеблется намного ближе к напряжения питания, чем любые другие схемы мощных операционных усилителей. На сегодняшний день Power Amp Design является единственным производителем, предлагающим конструкции мощных операционных усилителей RRIO.