Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 16

7 апреля

телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовмедицинапотребительская электроникаавтоматизациялабораторные приборыинтернет вещейTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемы

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments)

Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании КОМПЭЛ. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей. Если же знаний недостаточно, следует вначале ознакомиться с учебными курсами TI Precision Labs (TIPL). Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.

Мы публикуем главы Поваренной книги на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав

Однополупериодный инвертирующий выпрямитель

Исходные данные к расчету представлены в таблице 47.

Таблица 47. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание
ViMin ViMax VoMin VoMax Vcc Vee
±0,2 мВ (размах) ±4 мВ (размах) 0,1 В 2 В 2,5 В -2,5 В

Описание схемы

Данная схема инвертирует и пропускает только отрицательную часть входного сигнала (например, синусоиды), другими словами, действует как инвертирующий выпрямитель (рисунок 54). Коэффициент усиления задается резистором обратной связи. Такой усилитель, как правило, используется совместно с другими схемами на ОУ, в частности – с пиковыми детекторами. Выпрямитель работает со входными сигналами с амплитудой 0,2 мВ…4 В и частотой до 50 кГц.

Рис. 54. Активный полосовой фильтр

Рис. 54. Активный полосовой фильтр

Рекомендуем обратить внимание:

  • для данной схемы требуется выбирать ОУ с высоким быстродействием. Когда полярность входного сигнала меняется, ОУ должен успевать за диодами;
  • для уменьшения искажений следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
  • следует выбирать быстродействующие диоды. Входной сигнал высокой частоты будет искажаться из-за переключения диодов. Чем выше быстродействие диодов, тем меньше будут искажения. В данном случае оптимальным выбором могут стать диоды Шоттки, однако стоит помнить об их существенном обратном токе;
  • точность резисторов определяет погрешность усиления схемы;
  • для минимизации шумов следует использовать низкоомные резисторы.

Порядок расчета 

  • Определяем соотношение резисторов с учетом требуемого коэффициента усиления (формула 1):

$$V_{0}=GAIN\times V_{i};\:GAIN=-\frac{R_{f}}{R_{1}}=-1;\:R_{f}=R_{1}=2(R_{f}\parallel R_{1})=2R_{eq}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем сопротивление резисторов таким образом, чтобы их тепловой шум был значительно меньше, чем шум ОУ (формула 2):

$$E_{nr}=\sqrt{4\times k_{b}\times T\times R_{eq}};\\R_{eq}\leq \frac{E_{nbb}^2}{4\times k_{b}\times T\times 3^2}=\frac{(7.5 \cdot 10^{-9})^2}{4\times 1.381 \cdot 10^{-23}\times 298\times 3^2}=380\:Ом;\\R_{f}=R_{1}\leq 760\:Ом\rightarrow 750\:Ом\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

Моделирование схемы

Зависимость выходного напряжения усилителя от входного представлена на рисунке 55.

Рис. 55. Зависимость выходного напряжения от входного

Рис. 55. Зависимость выходного напряжения от входного

Осциллограммы переходных процессов представлены на рисунках 56 и 57.

Рис. 56. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного сигнала с амлитудой 200 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 56. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного сигнала с амлитудой 200 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 57. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного сигнала с амлитудой 2 В и частотой 50 кГц

Рис. 57. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного сигнала с амлитудой 2 В и частотой 50 кГц

Рекомендации

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 48.

Таблица 48. Параметры ОУ, используемого в расчете

OPA322
Vcc 1,8…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 500 мкВ
Iq 1,6 мА
Ib 0,2 пА
UGBW 20 МГц
SR 10 В/мкс
Число каналов 1, 2, 4

В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 49.

Таблица 49. Параметры альтернативного ОУ

OPA2325
Vcc 2,2…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 40 мкВ
Iq 1,6 мА
Ib 0,2 пА
UGBW 10 МГц
SR 5 В/мкс
Число каналов 2

Оригинал статьи

Список ранее опубликованных глав

  1. Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители
  2. Инвертирующий усилитель
  3. Неинвертирующий усилитель
  4. Инвертирующий сумматор
  5. Дифференциальный усилитель
  6. Интегратор
  7. Дифференциатор
  8. Трансимпедансный усилитель
  9. Однополярная схема измерения тока
  10. Биполярная схема измерения тока
  11. Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады)
  12. ШИМ-генератор на ОУ
  13. Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
  14. Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
  15. Активный полосовой фильтр

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, технологий и отладочных средств, а также ...читать далее

Товары
Наименование
OPA322AIDBVR (TI)
OPA322SAIDBVT (TI)
OPA2325ID (TI)
OPA2325IDGKR (TI)
OPA4187ID (TI)
OPA4187IDR (TI)
OPA828ID (TI)
OPA828IDR (TI)
OPA2210IDGKR (TI)
OPA2210IDGKT (TI)
OPA1671IDCKR (TI)
OPA1671IDCKT (TI)
OPA2156IDGKR (TI)
OPA2156IDGKT (TI)
OPA2189IDGKT (TI)
OPA2189IDR (TI)
OPA4388IPW (TI)
OPA4388IPWR (TI)