Могут ли дифференциальные ограничительные диоды на входе ОУ влиять на его работу?

2 сентября

телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовмедицинапотребительская электроникаответственные применениялабораторные приборыTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемы

Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.

Мы публикуем перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав

В следующей части я буду писать об использовании операционных усилителей в качестве компараторов. В ней мы рассмотрим влияние встроенных ограничительных диодов на работу таких компараторов. Сейчас же я задаю вопрос: могут ли эти диоды влиять на штатную работу ОУ? Напряжение между входами ОУ должно быть практически равным нулю, не так ли? Таким образом, эти диоды никогда не будут пропускать ток при нормальной работе ОУ…или все таки будут?

А сейчас давайте поговорим о дифференциальных ограничительных диодах, которые могут присутствовать в некоторых ОУ (рисунок 70).

Рис. 70. Многие биполярные, JFET- и некоторые типы КМОП-усилителей имеют встроенные дифференциальные ограничительные диоды

Рис. 70. Многие биполярные, JFET- и некоторые типы КМОП-усилителей имеют встроенные дифференциальные ограничительные диоды

Изменения в поведении ОУ зачастую можно заметить в базовых неинвертирующих схемах, в том числе — при работе простого буферного повторителя G = 1. Рассмотрим воздействие ступенчатого импульса напряжения. Выход не может сразу же отреагировать на появление сигнала на входе. Если напряжение импульса больше 0,7 В, то D1 откроется, а сигнал на неинвертирующем входе будет искажен. В течение этого периода, пока операционный усилитель формирует напряжение на выходе, на входе будет наблюдаться бросок тока высокого значения (рисунок 71). В конце концов, когда сигнал на выходе «догонит» сигнал на входе, все снова придет в норму.

Рис. 71. Входные защитные диоды могут создавать выбросы тока при подаче входных сигналов с крутым фронтом

Рис. 71. Входные защитные диоды могут создавать выбросы тока при подаче входных сигналов с крутым фронтом

Многие приложения работают с медленными или ограниченными по амплитуде сигналами, скорость изменения которых значительно ниже скорости нарастания ОУ, поэтому описанное выше поведение наблюдаться не будет. В других приложениях, даже при быстром изменении входного напряжения, переходный ток на входе ОУ не оказывает отрицательного влияния на работу схемы. Но в некоторых особых случаях выбросы входного тока могут вызвать проблемы. Примером служит мультиплексированная система сбора данных. Ее упрощенная схема, включающая два входных канала, показана на рисунке 72.

Рис. 72. Система сбора данных может работать некорректно, если переключение между каналами вызывает резкое изменение напряжения на входах ОУ, открывающее диоды D1 или D2

Рис. 72. Система сбора данных может работать некорректно, если переключение между каналами вызывает резкое изменение напряжения на входах ОУ, открывающее диоды D1 или D2

В этом примере при переключении мультиплексора с канала 1 на канал 2 на выходе U1 происходит быстрое изменение сигнала с -5 В до +5 В. D1 открывается, из-за чего переходный ток начинает протекать через мультиплексорный переключатель, разряжая конденсатор C2. Входные RC-фильтры используются для поддержания постоянного напряжения во время переключения каналов, но импульс тока частично разряжает C2. В итоге потребуется дополнительное время для перезарядки C2 до получения правильного входного напряжения. В результате получаем снижение скорости мультиплексирования или уменьшение точности.

В данном случае лучшим решением будет замена операционного усилителя U1 на модель без встроенных дифференциальных ограничительных диодов. OPA140 – ОУ с FET-выходами, который отличается малым значением входного тока смещения (что позволяет не нагружать последовательное сопротивление MUX) и не имеет дифференциальных защитных диодов. Это как раз то, что нужно для мультиплексированных входов. Усилитель OPA827 – отличный выбор для большинства приложений. Среди его достоинств: FET-входы, небольшой уровень шума, высокая скорость. Однако у него есть дифференциальные защитные диоды, поэтому OPA827, скорее всего, будет не лучшим выбором для рассмотренной схемы мультиплексора.

Я, конечно, не хочу, чтобы создавалось впечатление, что использование операционных усилителей с дифференциальными защитными диодами является рискованным мероприятием, и что их следует избегать. Это вовсе не так. Но, зная особенности этих ОУ, вы можете делать более осознанный выбор в тех редких случаях, когда такие усилители могут повлиять на правильную работу ваших схем.

Оригинал статьи

Список ранее опубликованных глав

    1. Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу
    2. Что нужно знать о входах rail-to-rail
    3. Работа с напряжениями близкими к земле: случай однополярного питания
    4. Напряжение смещения и коэффициент усиления с разомкнутым контуром обратной связи — двоюродные братья
    5. SPICE-моделирование напряжения смещения: как определить чувствительность схемы к напряжению смещения
    6. Где выводы подстройки? Некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения
    7. Входной импеданс против входного тока смещения
    8. Входной ток смещения КМОП- и JFET-усилителей
    9. Температурная зависимость входного тока смещения и случайный вопрос на засыпку
    10. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
    11. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
    12. Почему в схемах с ОУ возникают колебания: интуитивный взгляд на две наиболее частые причины
    13. Приручаем нестабильный ОУ
    14. Приручаем колебания: проблемы с емкостной нагрузкой
    15. SPICE-моделирование устойчивости ОУ
    16. Входная емкость: синфазная? дифференциальная? или…?
    17. Операционные усилители: с внутренней компенсацией и декомпенсированные
    18. Инвертирующий усилитель с G = -0,1: является ли он неустойчивым?
    19. Моделирование полосы усиления: базовая модель ОУ
    20. Ограничение скорости нарастания выходного сигнала ОУ
    21. Время установления: взгляд на форму сигнала
    22. Шум резисторов: обзор основных понятий
    23. Шумы операционного усилителя: неинвертирующая схема
    24. Шумы ОУ: как насчет резисторов обратной связи?
    25. 1/f-шум: фликкер-шум
    26. ОУ, стабилизированные прерыванием: действительно ли они шумные?
    27. Развязывающие конденсаторы: они нужны, но зачем?
    28. Неиспользуемые операционные усилители: что с ними делать?
    29. Защита входов от перенапряжений

Переведено Вячеславом Гавриковым 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
OPA140AIDBVT (TI)
OPA140AIDBVR (TI)
OPA140AIDR (TI)
OPA140ATDD1 (TI)
OPA827AID (TI)
OPA827AIDG4 (TI)
OPA827AIDRG4 (TI)
OPA827AIDGKR (TI)
OPA277UA (TI)
OPA277U (TI)
OPA277PA (TI)
OPA277AIDRMRG4 (TI)
OPA211AID (TI)
OPA211AIDGKT (TI)
OPA211ID (TI)
OPA2111KP (TI)
OPA376AIDBVT (TI)
OPA376AID (TI)
OPA376AIDCKT (TI)
OPA376AIDBVTG4 (TI)