Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 9
21 декабря 2018
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
Однополярная схема измерения тока
Исходные данные к расчету представлены в таблице 26.
Таблица 26. Исходные данные к расчету
Вход | Выход | Питание | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
IiMin | IiMax | VOMin | VOMax | Vcc | Vee | Vref |
0 A | 1 A | 0 В | 4,9 В | 5 В | 0 В | 0 В |
Описание схемы
Данная схема с однополярным питанием используется для измерения тока нагрузки, подключенной к земле, в диапазоне 0…1 А и для формирования выходного сигнала напряжения 0…4,9 В. Диапазоны входных токов, выходных напряжений и уровни напряжения питания могут быть изменены в соответствии с требованиями конкретного приложения (рисунок 32). Отрицательное напряжение питания, получаемое с помощью преобразователя, например, LM7705 или ему подобного, необходимо для устранения искажений сигнала вблизи 0 В.

Рис. 32. Схема измерения тока с однополярным питанием
Рекомендуем обратить внимание:
- для получения минимальной погрешности следует использовать прецизионные резисторы;
- для обеспечения максимальной точности при измерениях малых токов необходимо, чтобы отрицательное напряжение питания было немного меньше, чем 0 В;
- дополнительный конденсатор, включенный параллельно резистору обратной связи, позволит уменьшить влияние ВЧ-помех, но при этом ограничит полосу пропускания.
Порядок расчета
- Выходное напряжение определяется по формуле 1:
$$V_{O}=I_{i}\times R_{1}\times \left(1+\frac{R_{3}}{R_{2}} \right)\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$
- Выбираем максимальное входное напряжение. ViMax = 100 мВ при IiMax = 1 А. Рассчитываем сопротивление шунта по формуле 2:
$$R_{1}=\frac{V_{iMax}}{I_{iMax}}=\frac{100\:мВ}{1\:А}=100\:мОм\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$
- Рассчитываем усиление при ViMax = 100 мВ и VOmax = 4.9 мВ по формуле 3:
$$GAIN=\frac{V_{OMax}}{V_{iMax}}=\frac{4.9\:В}{100\:мВ}=49.0\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
- Рассчитываем резисторы обратной связи по формуле 4:
$$GAIN=1+\frac{R_{3}}{R_{2}}=49.0\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$
Выбираем R2 = 7.5 кОм с точностью 0,05% (значение из стандартного ряда номиналов). Тогда R3 = 48 x R2 = 360 кОм с точностью 0,05% (значение из стандартного ряда номиналов).
Моделирование схемы
Моделирование в режиме постоянных токов (DC-анализ) приведено на рисунке 33.

Рис. 33. Зависимость выходного напряжения усилителя от тока
Моделирование в режиме переменных токов (малосигнальный AC-анализ) показано на рисунке 34.

Рис. 34. Частотная характеристика схемы
Рекомендации
Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 27.
Таблица 27. Параметры ОУ, используемого в расчете
OPA320 | |
---|---|
Vss | 1,8…5,5 В |
VinCM | Rail-to-rail |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 40 мкВ |
Iq | 1,5 мА (на канал) |
Ib | 0,2 пА |
UGBW | 10 МГц |
SR | 10 В/мкс |
Число каналов | 1, 2 |
В качестве альтернативного может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 28.
Таблица 28. Параметры альтернативного ОУ
OPA145 | |
---|---|
Vss | 1,8…5,5 В |
VinCM | Rail-to-rail |
Vout | Rail-to-rail |
Vos | 400 мкВ |
Iq | 60 мкА |
Ib | 5 пА |
UGBW | 1 МГц |
SR | 2 В/мкс |
Число каналов | 1, 2, 4 |
Список ранее опубликованных глав
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
Наши информационные каналы