Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 19
21 мая 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
Ограничитель скорости изменения напряжения
Исходные данные к расчету представлены в таблице 56.
Таблица 56. Исходные данные к расчету
Вход | Выход | Питание | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
ViMin | ViMax | VoMin | VoMax | Vcc | Vee | Vref |
-10 В | 10 В | -10 В | 10 В | 15 В | -15 В | 0 В |
Описание схемы
Данная схема ограничивает скорость изменения выходного напряжения усилителя (рисунок 66). Ограничение касается скорости нарастания и спада. Очевидно, что скорость нарастания используемого ОУ должна быть больше, чем желаемое ограничение.

Рис. 66. Ограничитель скорости изменения напряжения
Рекомендуем обратить внимание:
- ОУ усилительного каскада и ОУ ограничителя скорости нарастания должны быть проверены на устойчивость к самовозбуждению;
- нагрузочная способность операционного усилителя U2 должна быть достаточной для перезаряда емкости С1 и питания нагрузки.
Порядок расчета
- Необходимо выбрать значение конденсатора обратной связи С1 и желаемую скорость нарастания:
- С1 = 470 нФ;
- SR = 20 В/с.
- Рассчитываем значение резистора R2 с учетом тока заряда конденсатора, необходимого для обеспечения требуемой скорости нарастания (формула 1):
$$SR=\frac{I_{C1}}{C_{1}};\\20\frac{В}{с}=\frac{I_{C1}}{470\:нФ}\rightarrow I_{C1}=9.4\:мкА\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$
Максимальное выходное напряжение ОУ в усилительном каскаде VSAT = ±14,995 (номинал). Получаем (формула 2):
$$I_{C1}=\frac{V_{SAT}}{R_{2}};\\9.4\:мкА=\frac{14.995\:В}{R_{2}}\rightarrow R_{2}=1.595\:МОм\approx 1.6\:МОм\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$
- Рассчитываем цепь компенсации для обеспечения устойчивости схемы. R1 задает полюс в цепи обратной связи. Этот полюс должен быть размещен так, чтобы кривая 1/β начинала изменяться на декаду раньше, чем она пересечет кривую усиления разомкнутого контура (в данном примере – 200 Гц), согласно формуле 3:
$$f_{p}=\frac{1}{2\pi \times R_{1}\times C_{1}}=200\:Гц;\\200\:Гц=\frac{1}{6.28\times R_{1}\times 470\:нФ}\rightarrow R_{1}=1.693\:кОм\approx 1.69\:кОм\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
Моделирование схемы
Осциллограммы переходных процессов представлены на рисунке 67.

Рис. 67. Осциллограммы переходных процессов
Моделирование в режиме переменных токов (малосигнальный AC-анализ) изображено на рисунке 68.

Рис. 68. Частотная характеристика схемы
Рекомендации
Дополнительную информацию можно узнать из документации TIPD140.
Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 57.
Таблица 57. Параметры ОУ, используемого в расчете
OPA192 | |
---|---|
Vcc | 4,5…36 В |
VinCM | Rail-to-rail |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 5 мкВ |
Iq | 1 мА/канал |
Ib | 5 пА |
UGBW | 10 МГц |
SR | 20 В/мкс |
Число каналов | 1, 2, 4 |
В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 58.
Таблица 58. Параметры альтернативного ОУ
TLV2372 | |
---|---|
Vcc | 2,7…16 В |
VinCM | Rail-to-rail |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 2 мВ |
Iq | 750 мкА/канал |
Ib | 1 пА |
UGBW | 3 МГц |
SR | 2,1 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
- Выпрямитель на ОУ
- Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
Наши информационные каналы