Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 17
21 апреля 2019
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
Выпрямитель на ОУ
Исходные данные к расчету представлены в таблице 50.
Таблица 50. Исходные данные к расчету
Вход | Выход | Питание | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
ViMin | ViMax | VoMin | VoMax | Vcc | Vee | Vref |
±25 мВ | ±10 В | 25 мВ | 10 В | 15 В | -15 В | 0 В |
Описание схемы
Данная схема используется для выпрямления входного двуполярного переменного сигнала (рисунок 58). Она обеспечивает небольшое искажение формы выходного сигнала на частотах до 1 кГц при амплитуде входных сигналов ±25 мВ и до 50 кГц при амплитуде входных сигналов ±10 В.

Рис. 58. Выпрямитель на ОУ
Рекомендуем обратить внимание:
- для обеспечения нормальной работы схемы следует выбирать ОУ с достаточной полосой пропускания и высокой скоростью нарастания;
- для получения высокой точности следует выбирать ОУ с малым смещением, минимальным уровнем шума и низким коэффициентом нелинейных искажений (THD);
- для снижения погрешности усиления следует выбирать резисторы с точностью 0,1%;
- использование слишком большой емкости С1 может привести к существенным искажениям выходного сигнала при смене полярности входного. Для некоторых ОУ конденсатор С1 может не потребоваться;
- для получения минимальных искажений следует использовать быстрые диоды.
Порядок расчета
- Определяем значения коэффициентов усиления:
- коэффициент усиления для положительной полуволны вычисляется по формуле 1:
$$\frac{V_{o}}{V_{i}}=1\frac{В}{В};\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$
- коэффициент усиления для отрицательной полуволны высчитывается по формуле 2:
$$\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}=-1\frac{В}{В}.\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$
- Необходимо выбирать значения R1 и R2 с учетом минимизации теплового шума и токов утечки обратно смещенных диодов. Эти резисторы выступают в качестве нагрузки для усилителей U1 и U2 при поступлении отрицательной полуволны входного сигнала (формула 3):
$$R_{1}=R_{2}=1\:кОм\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
- R3 подтягивает неинвертирующий вход усилителя U3 к земле при поступлении отрицательной полуволны входного сигнала. Необходимо, чтобы R3 имел такой же номинал, как и R1 и R2. Кроме того, R3 не должен перегружать выход усилителя U1 при поступлении положительной полуволны входного сигнала (формула 4):
$$R_{3}=R_{1}=R_{2}=1\:кОм\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$
- Выбор С1 выполняется с учетом динамических требований схемы: С1 = 47 пФ.
Моделирование схемы
Осциллограммы переходных процессов представлены на рисунках 59 и 60.

Рис. 59. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 10 В и частотой 50 кГц

Рис. 60. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 25 мВ и частотой 1 кГц
Рекомендации
Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 51.
Таблица 51. Параметры ОУ, используемого в расчете
TLV172 | |
---|---|
Vcc | 4,5…36 В |
VinCM | Vee…(Vcc – 2 В) |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 500 мкВ |
Iq | 1,6 мА/канал |
Ib | 10 пА |
UGBW | 10 МГц |
SR | 10 В/мкс |
Число каналов | 1, 2, 4 |
В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 52.
Таблица 52. Параметры альтернативного ОУ
OPA197 | |
---|---|
Vcc | 4,5…36 В |
VinCM | Rail-to-rail |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 25 мкВ |
Iq | 1 мА / канал |
Ib | 5 пА |
UGBW | 10 МГц |
SR | 20 В/мкс |
Число каналов | 1, 2,4 |
Список ранее опубликованных глав
- Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители
- Инвертирующий усилитель
- Неинвертирующий усилитель
- Инвертирующий сумматор
- Дифференциальный усилитель
- Интегратор
- Дифференциатор
- Трансимпедансный усилитель
- Однополярная схема измерения тока
- Биполярная схема измерения тока
- Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады)
- ШИМ-генератор на ОУ
- Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
- Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
- Активный полосовой фильтр
- Однополупериодный инвертирующий выпрямитель
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
Наши информационные каналы