Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 9

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

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

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

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

  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
•••

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, ...читать далее

Товары
Наименование
OPA320AIDBVR (TI)
OPA320SAIDBV (TI)
OPA320AIDBVT (TI)
OPA145ID (TI)
OPA145IDGKT (TI)
OPA145IDBVR (TI)
INA188ID (TI)
INA188IDR (TI)
INA188IDRJR (TI)
INA821ID (TI)
INA333AIDGKR (TI)
INA333AIDGKT (TI)
INA333AIDRGT (TI)
INA828ID (TI)
INA828IDR (TI)
INA826AIDGK (TI)
INA826AID (TI)
INA826AIDRG (TI)