Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 18

7 мая

телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовпотребительская электроникаавтоматизациялабораторные приборыинтернет вещейTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы

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

Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Исходные данные к расчету представлены в таблице 53.

Таблица 53. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание
ViMin ViMax VoMin VoMax Vcc Vee Vref
5 мВ
(размах)
400 мВ
(размах)
2,5 мВ
(размах)
200 мВ
(размах)
5 В -0,23 В 0 В

Описание схемы

Данная схема используется для прецизионного выпрямления низковольтных двуполярных переменных сигналов (рисунок 61). Она обеспечивает высокую линейность при работе на частотах до 50 кГц со входными сигналами амплитудой от 5 мВ. Для минимизации искажений вблизи 0 В используется источник отрицательного напряжения (например, LM7705).

Рис. 61. Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Рис. 61. Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Рекомендуем обратить внимание:

  • при выборе ОУ следует учитывать уровень смещения и скорость нарастания;
  • резистор R3 необходимо выбирать таким образом, чтобы ток утечки диода D1 при поступлении положительной полуволны входного сигнала не создавал значительной ошибки на входе усилителя U1B. Кроме того, выход ОУ не должен перегружать выход усилителя U1A;
  • для получения минимальных искажений следует использовать быстрый диод D1;
  • отказ от входного буфера (U1A) позволит работать со входными сигналами, амплитуда которых будет в два раза больше напряжения питания, однако расплатой за это станет уменьшение входного импеданса и увеличение ошибки усиления;
  • для снижения погрешности усиления следует выбирать прецизионные резисторы.

Порядок расчета 

  • Анализ схемы для положительной полуволны входного сигнала (формула 1) изображен на рисунке 62.

Рис. 62. Эквивалентная схема для положительной полуволны входного сигнала

Рис. 62. Эквивалентная схема для положительной полуволны входного сигнала

$$V_{o}=V_{i};\:\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}+\left(1+\frac{R_{2}}{R_{1}} \right)=1\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • Расчет схемы для отрицательной полуволны входного сигнала (формула 2) показан на рисунке 63.

Рис. 63. Эквивалентная схема для отрицательной полуволны входного сигнала

Рис. 63. Эквивалентная схема для отрицательной полуволны входного сигнала

$$V_{o}=V_{i};\:\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}=-1\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем резисторы с учетом коэффициента усиления, рассчитываемым по формуле 3:

$$\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
Если Vo = -Vi, то R1 = R2. Выбираем R1 = R2 = R2 = 1 кОм.

Моделирование схемы

Осциллограммы переходных процессов представлены на рисунках 64 и 65.

Рис. 64. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 5 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 64. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 5 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 65. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 400 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 65. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 400 мВ и частотой 1 кГц

Рекомендации

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 54.

Таблица 54. Параметры ОУ, используемого в расчете

OPA350
Vcc 2,7…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 150 мкВ
Iq 5,2 мА/канал
Ib 0,5 пА
UGBW 38 МГц
SR 22 В/мкс
Число каналов 1, 2, 4

В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 55.

Таблица 55. Параметры альтернативного ОУ

OPA353
Vcc 2,7…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 3 мВ
Iq 5,2 мА
Ib 0,5 пА
UGBW 44 МГц
SR 22 В/мкс
Число каналов 1, 2,4

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
  16. Однополупериодный инвертирующий выпрямитель
  17. Выпрямитель на ОУ

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
LM7705MME/NOPB (TI)
LM7705MMEVAL (TI)
OPA350UA/2K5 (TI)
OPA350UA (TI)
OPA353NA/250 (TI)
OPA353UAG4 (TI)
OPA322AIDBVT (TI)
OPA322AQDBVRQ1 (TI)
OPA2325IDR (TI)
OPA2325ID (TI)
OPA4187ID (TI)
OPA4187IDR (TI)
OPA828ID (TI)
OPA828IDR (TI)
OPA2210IDGKR (TI)
OPA2210IDGKT (TI)
OPA1671IDCKR (TI)
OPA1671IDCKT (TI)
OPA2156IDR (TI)
OPA2156ID (TI)