Главная 180 аналоговых микросхем



180 аналоговых микросхем

Операционным усилителем (ОУ) принято называть интегральный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, на основе которого можно строить узлы аппаратуры с параметрами, зависящими только от свойств охватывающей его цепи отрицательной обратной связи (ООС).

С помощью ОУ можно реализовать как устройства, предназначенные для выполнения различных математических операций (суммирование, вычитание, дифференцирование, интегрирование), так и самые разнообразные узлы радиоэлектронной аппаратуры.

В зависимое?;! от значения параметров ОУ подразделяются на следующие виды;

- общего применения, позволяющие строить узлы аппаратуры с общей погрешностью около 1 %;

- быстродействующие;

- прецизионные, с очень большим коэффициентом усиления, гарантированно низкими уровнями дрейфа и шумов, обеспечивающие реализацию узлов с суммарной погрешностью ие более нескольких долей процента;

- микром ощиые;

- программируемые, у которых одни или несколько параметров зависят от параметров цепи управления.

Различают два основных вида включения ОУ: инвертирующее и неинвертирующее. В первом случае фвза выходного

сигнала сдвинута на 180° по отношению к входному, во втором фазы выходного и входного сигналов совпадают.

Инвертирующее включение ОУ используют наиболее часто. Неинвертирующее включение применяют реже, например, для согласования маломощного источника сигнала, имеющего большое внутреннее сопротивление, с низкоомной нагрузкой, при построении масштабных усилителей.

Для расчета и проектирования устройств с применением ОУ пользуются понятием «идеальный ОУ». Такой ОУ имеет бесконечно большой коэффициент усиления, бесконечно большое входное сопротивление (входной ток равен нулю), полосу пропускания, равную бесконечности, бесконечно большую скорость иарастаиия вы-.ходного сигнала, напряжение смещения, равное нулю. Характеристики реальных ОУ отличаются от идеальных, поэтому при построении устройств иа них возникают погрешности, которые тем меньше, чем ближе параметры реального ОУ к идеальным.

Основной параметр ОУ - коэффициент усиления напряжения Ки-отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению входного сигнала. При построении графика зависимости выходного напряжения от входного обнаруживается, что прямая ие проходит через начало координат, а сдвинута по оси

абсцисс на некоторую величину, называемую напряжением смещения нули Пен. Физический смысл этого параметра - это напряжение, которое необходимо подать иа вход ОУ для того, чтобы напряжение на выходе стало равным 0. Напряжение UcM зависит от температуры. Для описания этой зависимости введен параметр ТКПсм, который показывает, на сколько изменится Псм при изменении температуры на 1° С.

Кроме того, коэффициент усиления Ки зависит от частоты входного сигнала: с ее увеличением ои уменьшается. Эту зависимость описывают кривой, называемой логарифмической амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ), которая состоит из ЛАЧХ каскадов ОУ. Каждый каскад сдвигает фазу входного сигнала иа 90°. Поскольку для работы цепи ООС необходим поворот фазы выходного сигнала ОУ на 180°, па некоторой высокой частоте суммарный сдвиг фаз в усилителе с замкнутой ООС может достичь 360°. Если на этой частоте произведение Ки на коэффициент передачи цепи ООС окажется больше 1, усилитель самовозбудится.

Для получения стабильных ЛАЧХ требуется коррекция АЧХ каждого каскада ОУ. Для этого вводят корректирующие конденсаторы малой емкости (в некоторых ОУ они введены внутрь кристалла), изменяющие скорость спада элементарных ЛАЧХ до 20 дБ иа декаду. У таких усилителей (их называют скорректированными) произведение Ки на полосу пропускания обычно равно 1 МГц (это значит, что при Ки=100 полоса пропускания равна 10 кГц, при Ки=10-100 кГц и т. д.). у нескорректированных ОУ имеются специальные вы-

воды (в условных графических обозначениях нх помечают латинскими буквами FC), предназначенные для подключения корректирующих конденсаторов.

Частоту, на которой Ки уменьшается до 1, называют частотой единичного усиления (fl), полосу частот от О до fl - полосой пропускания ОУ. На этой частоте без искажения можно усиливать сигналы лишь малой амплитуды.

Импульсные характеристики ОУ оценивают скоростью нарастания выходного сигнала Vu, которую часто называют скоростью «отклика» ОУ. Это отношение изменения выходного напряжении от 10 до 90% номинального значения ко времени, за которое это изменение произошло, если иа вход ОУ подан идеальный скачок напряжения (от О до максимального входного напряжения).

При определении импульсных характеристик ОУ, применяемых в цифро-аналоговых (ЦАП) и аналого-цифровых преобразователях (АЦП), используют другой параметр - время установления выходного напряжения. Это время, в течение которого выходное напряжение входит в зону наперед заданной ошибки (например, 0,1%) относительно конечного напряжения шкалы (например, 10 В).

Важный параметр ОУ - максимальное входное дифференциальное наприжение Пдф шах-Превышение входным сигналом этого значения приводит к искажениям выходного напряжения и даже к выходу ОУ из строя. При проектировании узлов с применением ОУ необходимо следить и затем, чтобы паразитные сигналы на входе также Не превышали значении

Пдф max.



Входное сопротивление ОУ подразделяется на два: дифференциальное (сопротивление входному сигналу, поданному между входами ОУ) и входное сопротивление синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и «землей»). В справочнике приведено значение дифференциального входного сопротивления (сопротивление синфазному сигналу обычно иа два порядка выше).

Поскольку входы ОУ являются дифференциальными, ОУ усиливает разностное напряжение. Свойство ОУ подавлять синфазный сигнал (т. е. сигнал, воздействующий одновременно на оба входа) характеризуют коэффициентом ослабления синфазного сигнала Кос. сФ. Это выраженное в децибелах отношение коэффициента передачи дифференциального сигнала к коэффициенту передачи синфазного сигнала.

Появлению сигнала на выходе ОУ при отсутствии входного сигнала способствуют также входные токи ОУ Ibi: проходя через сопротивление источника сигнала, они вызывают падение напряжения, которое, в свою очередь, вызывает появление на выходе напряжения, отличного от 0. Для его устранения применяют балансировочный резистор, включаемый между входами ОУ. Чтобы определить номинал этого резистора, необходимо знать разностный входной ток Д1вх - разность значений токов, протекающих через входы ОУ при выходном напряжении, равном нулю. Многие ОУ имеют специальные выводы для подключения балансировочного резистора; в условных графических обозначениях (УГО) их помечают латинскими буквами NC.

Предельный выходной ток

ОУ 1вых1п«1 определяет минимальное сопротивление нагрузки Ramin. При превышении этого значения выходного тока возможен выход ОУ из строя. Большинство ОУ новых разработок имеют каскад защиты от короткого замыкания в нагрузке (или перегрузки), ограничивающий выходной ток уровнем 25 мА.

В таблице приведены схемы включения ОУ, позволяющие реализовать с их помощью различные узлы радиоэлектронной техники.

В справочнике приняты следующие сокращенные обозначения параметров ОУ:

Ппит. ном - номинальное напряжение питания;

Ппит - интервал значений напряжения питания;

InoT - потребляемый ток;

Кал. ип - коэффициент влияния нестабильности напряжения источника питания на UcmI

Ки-коэффициент усиления напряжения;

Ucm - напряжение смещения нуля;

TKUcM-температурный коэффициент напряжения смещения нуля;

1вх -входной ток;

1вх max - предельное значение входного тока;

Д1вх - разностный входной ток;

Ьпр -ток управления;

Rbx - входное сопротивление;

Пш. bi -приведенное ко входу напряжение шумов;

Пдф max -допустимое зизче-ние дифференциального входного напряжения (следует понимать как ±идфтах);

Псфтах - допустимое знзче-ние синфазного входного напряжения (следует понимать как ±исфтах);

Кос. сф - коэффициент ослабления синфазного сигнала;

Схемы включення оу

Назначевне устройства

Инвертирующий усилитель

Формула операции

где K=R2/R1.

Схема

Неинверти-рующнй усилитель

"вых=Кивх где K=1-1-R2/R1.

Преобразователь ток-напряжение


Сумматор инвертирующий

=-(Ubx1-I-Ubx2-I--••• + вxN)•



Назначение устройства

Формула операции

Схема

Сумматор неинвертж-РУющиА с усиленней

"вых-К (U„l+U„2+. -+UbxN). где K-(1--R2/R1)/N.


Прецизионный аттенюатор

Повторитель напряжения

Логарифмирующий усилитель

Антнлога-рнфыирую-ющнй усилитель

"вых=-<Т1п (U,,/RlKB0)/q.

где к-постоянная Больцмана Т-абсолютная температура (в градусах Кельвина); кБО~ обратный ток коллектора транзистора; q-заряд электрона.

"выx=-Ч"вx/T+"RкБO. Величины к, Т, q, 1бО~"-«Логарифмирующий усилитель».

г-1=Н R

Назначение устройства

Прецизнон-ный выпрямитель

Компаратор

Интегратор

Диффереи цнатор

Прододженм табл.

Формула операции

"вых <)-"вх <) при (t)<0 (выпрямляется

отрицательная полУволиа):

"яых "Ри "вх «Х"-

Схема

1 ,

ивых=1" "Р" Ubx2>UbxI; "вых="* "Р« Ubx2<UbxI-

"вых ()=-U,(t)<»/RC.

ивых

Ub«x()=-RG IdH (t)/dll-

f 1 - частота единичного усиления;

Vu - скорость иарастаиия выходного напряжения;

tycT - время установления выходного напряжения;

U.bixmai - наибольшая амплитуда выходного напряжения (следует понимать как

± Usui max) ;

1вых max - предельный выходной ток;

1вых. пик - пиковое значение выходного тока;

Rh min - минимальное сопротивление нагрузки;

Стах - максимальная емкость нагрузки;

Ррас max - максимальиая рассеиваемая мощность.

Следует учесть, что прн напряжениях питания, равных предельным, нормы на параметры ОУ ие гарантируются.



[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


0.013