Усилитель с однополярным питанием: LM358NG, Двухканальный операционный усилитель с однополярным питанием, 3В…32В, [DIP-8], ON Semiconductor

Содержание

Однополярное питание операционных усилителей | Electronic-devices.com.ua

Мобильные электронные системы с питанием от батарей получают все большее распространение.
Обычно в них используется однополярное питание напряжением 5 В и меньше. Схемы с однополярным
питанием позволяют уменьшить сложность источника питания и зачастую повысить экономичность
устройств.

Операционные усилители (ОУ)  преимущественно используются в схемах с двухполярным питанием, поскольку входные и выходные сигналы ОУ чаще всего могут иметь как положительную так и отрицательную полярность относительно общей шины схемы. В случае, если не инвертирующий вход ОУ соединен с общей шиной, синфазное входное напряжение, вызывающее погрешность преобразования сигнала схемой на ОУ, отсутствует (рис. 1).

Тогда выходное напряжение ОУ   Vout=-Vin R2/R1 .

Если источник входного сигнала не соединен с общей шиной (рис. 2, а), то разность потенциалов Vсф между общей шиной и выводом источника входного сигнала влияет на выходное напряжение Vout=-(Vin+Vсф)R2/R1 .

Иногда это допустимо, но чаще выходное напряжение усилителя должно обязательно определяться только входным сигналом Vin. В таком случае ОУ используется в дифференциальном включении, причем на второй вход подается смещение, в точности равное Vсф  (рис. 2, б). Напряжение Vсф существует в обеих входных цепях, и, следовательно,

является синфазным входным сигналом. Схема инвертирующего включения ОУ с однополярным питанием приведена на рис. 3.

Здесь входное напряжение привязано не к средней точке источника питания, как это обычно делается в случае двухпоярного питания ОУ, а к отрицательному полюсу источника питания. Эта схема не работает, если входное напряжение положительно, поскольку выходное напряжение должно в этом случае становиться отрицательным, а отрицательного источника питания здесь нет. Для нормальной работы с отрицательными входными сигналами в этой схеме следует  использовать  ОУ, допускающие соединение входов с шинами питания. Непременное требование соединения входов с общей шиной или другим опорным напряжением затрудняет  построение схем на ОУ с однополярным питанием. Наиболее естественно использовать однополярное питание операционных усилителей тогда, когда источник входного сигнала однополярный, например, фотодиод (рис. 4).

В других случаях могут использоваться различные способы смещения входных и выходных напряжений ОУ.

Смещение ОУ с однополярным питанием

На рис. 5 представлены три основные схемы подключения источника смещения при однополярном питании ОУ.

Схема на рис. 5, а  представляет собой инвертирующий сумматор,

на рис. 5, б —дифференциальный усилитель,

а на рис. 5, в — неинвертирующий сумматор.

В общем случае связь между входными и выходными напряжениями в этих схемах можно представить уравнением

 Vout= kVin+b . (3)

Уравнению (3)  соответствует график статической переходной характеристики схемы с ОУ в виде прямой
линии (рис. 6).

таблица 1.

В табл. 1 приведены значения постоянных k и b для уравнения (2), соответствующих схемам на рис. 5. Если в схеме на рис. 5, б поменять местами источники VIN и VOF, то такому включению соответствует нижняя строка в графе «Рис.

5, б» табл. 1.
Схемы и значения постоянных k и b выбираются так, чтобы при любых возможных значениях входного напряжения
VIN выполнялось условие  0 < VOUT < VS.  (4)
Обычно k определяется необходимым усилением схемы, поэтому разработчик может выбрать только конфигурацию схемы и постоянную b. Более подробно смещение ОУ при однополярном питании рассматривается в [1]. Типовая схема включения ОУ для усиления сигналов переменного тока с питанием от однополярного источника приведена на рис. 7.

Здесь напряжение смещения равно половине напряжения питания. Резисторы делителя цепи смещения могут быть выбраны достаточно высокоомными, что бы не нагружать источники питания и входного сигнала.

Введение искусственной нулевой точки

От использования цепей смещения можно отказаться, если ввести искусственную нулевую (среднюю) точку, т. е. точку схемы, потенциал которой располагается приблизительно посередине между потенциалами положительного и отрицательного полюсов однополярного источника питания. Для того, чтобы схема могла усиливать биполярные сигналы, источник входного сигнала включается между входом инвертирующего усилителя и искусственной  нулевой  точкой

(рис. 8 ).

При этом, чтобы избежать смещения выходного напряжения,  нагрузку  R включают между выходом усилителя и искусственной нулевой точкой. Это усложняет построение цепей, формирующих нулевую точку.

На рис. 9 представлены примеры схем формирования потенциала нулевой точки. Наиболее простым является резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с искусственной нулевой точкой 0 (рис.

9, а). Однако при наличии нагрузки RL ток нагрузки IL протекает через один из резисторов этого делителя, создавая не симметрию напряжений между полюсами источника питания и точкой 0,  причем степень этой не симметрии зависит от силы тока
нагрузки. Уменьшение сопротивлений делителя снижает не симметрию этих напряжений, но при этом возрастают потери энергии в делителе.
Схема со стабилитроном (рис. 9, б) обеспечивает хорошую стабилизацию потенциала искусственной нулевой точки относительно отрицательного полюса источника питания. В качестве стабилитрона в этой схеме целесообразно применение двухвыводного источника опорного напряжения (или регулируемого трехвыводного, такого как, например,
(TL431). Эта схема хорошо работает при вытекающем выходном токе ОУ, но для сохранения стабильности потенциала точки 0 при значительном втекающем выходном токе требуется резистор R с низким сопротивлением, что опять-таки
обуславливает повышенные потери. Аналогичные проблемы возникают при использовании для формирования искусственной нулевой точки стабилизатора напряжения с последовательным регулирующим элементом.
Лучшие характеристики имеет схема с операционным усилителем, подключенным по схеме не инвертирующего повторителя к средней точке резистивного делителя напряжения (рис. 9, в). В данной схеме делитель может быть высокоомным, т. к. он нагружен только входным током покоя операционного усилителя. ОУ сравнивает потенциал на выходе схемы с потенциалом в средней точке делителя и поддерживает напряжение на своем выходе таким, чтобы разность сравниваемых потенциалов была равна нулю. Этот эффект достигается благодаря действию отрицательной обратной связи. При малых токах покоя, потребляемых этой схемой (менее 1 мА), такой активный делитель имеет выходное сопротивление не более 1 Ом.

Еще более эффективно применение специальных микросхем для формирования искусственной нулевой точки (рис. 9, г). Фирма Texas Instruments (США) выпускает ИМС типа TLE2425. Эта ИМС изготавливается в малогабаритном трех выводном корпусе ТО-92 и обеспечивает ток через искусственную среднюю точку до 20 мА в любом направлении при токе собственного потребления не более 0,25 мА и динамическом выходном сопротивлении не более 0,22 Ом.

В том случае, если нагрузка может быть не связана с общей точкой схемы или с какой-либо из шин питания, можно использовать простейший вариант формирования искусственной нулевой точки на резистивном делителе (рис. 9, а),  но с мостовой усилительной схемой (рис. 9, д).

В этой схеме инвертирующий повторитель на ОУ2 создает на нижнем полюсе нагрузки RL потенциал, противофазный по отношению к потенциалу верхнего ее полюса.Здесь в искусственную нулевую точку втекает ток, равный VIN/R1, поэтому сопротивление резистора R1 следует взять по возможности большим, иначе возможна не симметрия нулевой точки. Дополнительные достоинства этой схемы: увеличение максимальной амплитуды напряжения
на нагрузке в два раза при том же напряжении питания и заметное повышение КПД при полном размахе выходного напряжения.

Расширение динамического диапазона

Снижение напряжения питания ОУ от обычных +15 В до однополярного 5 В значительно уменьшает амплитудный диапазон входного и выходного напряжений. Амплитудный диапазон в данном случае можно определить как разность между максимально и минимально возможными входными (выходными) напряжениями. Применение усилителей, рассчитанных на двухполярное питание, возможно и с однополярным питанием, но, во-первых, при низкой разности потенциалов между выводами питания далеко не все типы таких ОУ имеют приемлемые характеристики (например, коэффициент усиления), а во-вторых, амплитудный диапазон их выходных напряжений сравнительно мал из-за довольно больших напряжений насыщения транзисторов выходного каскада. Размах выходного напряжения обычных усилителей общего применения не доходит до верхнего и нижнего потенциалов источника питания на 1…2 В при номинальной нагрузке. При питании такого усилителя от однополярного источника напряжением 5 В, амплитудный диапазон выхода составит 1…3 В. Это означает серьезное снижение соотношения сигнал/шум и уменьшение разрешающей способности схемы.

В настоящее время для работы от низковольтных источников питания, в том числе и однополярных, разработано большое количество моделей ОУ с полным размахом выхода(«Rail-to-Rail»). Выходное напряжение таких усилителей при работе на  холостом  ходу может  изменяться практически от потенциала отрицательного полюса источника питания до потенциала положительного полюса.

Схемотехника выходных каскадов усилителей с полным размахом выхода и обычных ОУ различна. Выходной каскад обычных ОУ строится по схеме с общим коллектором на комплиментарных транзисторах (рис. 10, а).

При использовании такого схемного решения минимальное падение напряжения на выходном транзисторе принципиально не может быть снижено. Как следует из схемы на рис. 10, а, источник тока I должен обеспечивать ток коллектора транзистора каскада усиления напряжения VT3 и базовый ток выходного транзистора VT1. Для нормальной работы схемы источника тока необходимо падение напряжения на нем VT1 не менее 1 В. Остальная часть общего падения напряжения приходится на выходной транзистор. Можно уменьшить минимальное падение на транзисторах выходного каскада, включив в выходном каскаде транзисторы по схеме с общим эмиттером (рис. 10, б). По этой схеме построен выходной каскад, например, ОУ AD823 фирмы Analog Devices.

На рис. 11 представлены графики зависимости напряжения насыщения VSAT выходных транзисторов этого усилителя от тока нагрузки IL для максимального (VS –VOH) и минимального (VOL) выходных напряжений. Очевидно, что при работе усилителя на холостом ходу максимальное выходное напряжение почти достигает напряжения питания, а минимальное — мало отличается от нуля. Еще лучшие характеристики на холостом ходу  обеспечивают усилители, у которых выходной каскад построен на комплементарных МОП-транзисторах  (рис.  10,  в).
Сопротивления полностью открытого канала верхнего и нижнего МОП-транзисторов выходного каскада ОУ типа TLC2272 фирмы Texas InstRuments составляют, соответственно, 500 и 200 Ом при питании усилителя от однополярного источника 5 В.

Если нагрузка RL включена между выходом ОУ и общей точкой схемы, так как показано на рис. 4, то при низких выходных напряжениях выходной ток также мал, и напряжение на открытом нижнем транзисторе усилителя весьма близко к нулю (доли милливольта). Если ток нагрузки велик, и нагрузка соединена другим выводом с плюсом источника питания или искусственной нулевой точкой, напряжение на полностью открытом выходном транзисторе может достигать больших значений (более 1 В). В некоторых применениях требуется не только полный размах выхода ОУ, но и полный размах (Rail-to-Rail) допустимых значений входного синфазного напряжения VСФ (вход с полным размахом). Это нужно, например, в схеме неинвертирующего повторителя, согласующего датчик сигнала с аналого-цифровым преобразователем. Для некоторых приложений необходимо, чтобы диапазон входных сигналов был ниже потенциала общей шины на 0,2…0,3 В. Это требуется при однополярном питании инвертирующего усилителя, где на вход должно  подаваться отрицательное напряжение (рис. 3), например, в схеме  фотометра (рис. 4), где полярность напряжения на инвертирующем входе ОУ  несколько ниже, чем на неинвертирующем. Усилители, имеющие вход с полным размахом, схемотехнически заметно сложнее, чем обычные. Других преимуществ, кроме возможности работы с широким диапазоном входного синфазного сигнала, они не имеют. Поэтому их следует применять только там, где действительно требуется полный размах входа.

На рис. 12, а приведена схема дифференциального входного каскада обычного ОУ. Он состоит из двух согласованных структур. Для того, чтобы входной сигнал мог достигать потенциала общей шины используются p-n-p-транзисторы.
Такое построение позволяет подавать на вход потенциал общей шины без нарушения работы входного каскада. При
более низком синфазном входном напряжении поведение входного каскада становится непредсказуемым. Часто наблюдается инверсия входов, при которой меняется знак обратной связи, и происходит переход ОУ в триггерный режим
(так называемое «защелкивание»). Поскольку напряжение на источнике тока VИТ в схеме на рис. 12, а должно быть не
менее 0,4 В (иначе он просто не будет работать), а напряжение база-эмиттер транзисторов VBE в активном режиме
составляет приближенно 0,6 В, то входной синфазный сигнал должен быть по крайней мере на 1 В меньше напряжения питания.

На рис. 12, б представлен дифференциальный каскад на n-канальных полевых транзисторах с управляюшим p-n-переходом (JFET-транзисторы). Поскольку пороговое напряжение исток-затвор таких транзисторов составляет  –2…–3 В, то можно легко обеспечить нормальную работу входного каскада ОУ при небольших отрицательных синфазных входных напряжениях. Именно так построен входной каскад ОУ AD823 с полным размахом выхода. Этот усилитель нормально работает при –1 В < VСФ < VS –1 В.

Если обязательно требуется работа ОУ с полным размахом входного напряжения, то применяют двойной комплементарный дифференциальный каскад (рис. 12, в). Биполярный вариант, показанный на рис. 12, в, используется в ОУ типа TLV245x и OP196, КМОП вариант этой схемы — в TLV247х и AD853х. Из схемы ясно, что оба дифференциальных усилителя входного каскада управляются одновременно. Дифференциальный усилитель (ДУ) с p-n-p-транзисторами работает до максимального уровня входных сигналов на 1 В ниже напряжения питания. Для нормальной работы n-p-n-усилителя требуется синфазный сигнал не менее 1 В. Таким образом, в зоне 1 В <VСФ < VS –1 В работают оба ДУ, а в зонах VСФ > VS –1 В и VСФ <1 В — только один. Это обстоятельство вызывает довольно значительное изменение входных токов и напряжения смещения нуля (до 3 нА и 70 мкВ у TLV245x) при переходе через
границы этих зон, что может вызвать искажения усиливаемого сигнала. Уменьшить эти искажения можно, включив последовательно с неинвертирующим входом резистор RC (рис. 3), сопротивление которого определяется по формуле

Rc = R1R2/R1+R2          (5)

В табл. 2 представлены основные параметры (типичные значения) некоторых типов ОУ, предназначенных для работы с однополярным питанием.

Схемы на ОУ с однополярным питанием

Линейный стабилизатор напряжения
Схема линейного стабилизатора напряжения на ОУ с регулирующим транзистором, включенным по схеме с ОК, представлена на рис. 13, а.

Схема содержит ОУ, включенный по схеме неинвертирующего усилителя с отрицательной обратной связью понапряжению,  источника опорного напряжения VREF и регулирующего n-p-n-транзистора VТ, включенного последовательно с нагрузкой. Выходное напряжение VOUT контролируется с помощью цепи отрицательной обратной связи, выполненной на резистивном делителе R1R2. ОУ играет роль усилителя ошибки. Ошибкой здесь является разность между опорным напряжением VREF, задаваемым источником опорного напряжения (ИОН) и
выходным напряжением делителя R1R2

ΔV = VREF – VOUT R1/R1+R2.   (6)

Питание операционного усилителя осуществляется однополярным положительным напряжением. При этом операционные усилители, рассчитанные на двухполярное питание +15 В можно использовать в схемах стабилизаторов
со входным напряжением до 30 В. Стабилизируемое выходное напряжение ограничено снизу минимальным синфазным входным напряжением ОУ, а сверху — суммой напряжения насыщения ОУ и напряжения насыщения база-эмиттер регулирующего транзистора, т. е. минимально допустимое напряжение вход-выход стабилизатора  при  применении
обычных ОУ будет большим (около 3 В). На рис. 13, б приведена схема стабилизатора с пониженным допустимым напряжением вход/выход (так называемый, LDO-стабилизатор). Здесь регулирующий транзистор включен
по схеме с ОЭ, поэтому могут быть проблемы с устойчивостью [2]. Минимально допустимое напряжение вход/выход в
этой схеме ограничено только напряжением насыщения коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VT.

Прецизионный выпрямитель

Замечательная по простоте схема двухполупериодного прецизионного выпрямителя представлена на рис. 14.

Она вообще не содержит диодов. Однако в этой схеме могут применяться только ОУ с полным размахом входных и выходных напряжений (Rail-to-Rail). Усилители питаются обязательно от однополярного источника. Если VIN>0, то усилитель ОУ1 работает как неинвертирующий повторитель. В этом случае усилитель ОУ2 работает в дифференциальном включении и VOUT=VIN. При VIN<0 усилитель ОУ1 уходит в отрицательное насыщение, напряжение на его выходе становится равным нулю (питание однополярное!). Тогда усилитель ОУ2 переходит в режим инвертирующего повторителя, поэтому VOUT= –VIN. Как следствие, VOUT= |VIN|.

Усилитель ОУ2 всегда работает в линейном режиме, а потенциал неинвертирующего входа ОУ1 при VIN<0 становится ниже потенциала отрицательного полюса источника питания. Не все операционные усилители это допускают. Например, сдвоенный ОУ ОР291 как нельзя лучше подходит для этой схемы. Его входы защищены от дифференциального перенапряжения встречно-параллельно включенными диодами, причем в цепи баз входных транзисторов включены резисторы сопротивлением в 5 кОм. Это позволяет усилителю выдерживать при однополярном питании входное синфазное напряжение до –15 В. В этом случае резистор R1 можно не включать. Иное дело — сдвоенный усилитель ОР296. Он не имеет защитных резисторов, и при его применении в этой схеме необходимо включать резистор R1=2 кОм.
Изготовитель рекомендует для этой схемы при 5-вольтовом питании диапазон  входных  сигналов ±1 В. Из-за того, что усилитель ОУ1 долго выходит из насыщения, частотный диапазон схемы оказывается довольно узким — для ОУ ОР291 он составляет 0…2 кГц.

Схема измерения тока

Для измерения больших токов в линии, находящейся под относительно высоким потенциалом, может быть использована схема, представленная на рис. 15.

Ток, протекающий через нагрузку, создает напряжение VIN на шунте Rш, который здесь является датчиком тока. Полагаем ОУ идеальным. Тогда через инвертирующий вход усилителя ток не течет, и, поскольку напряжение между дифференциальными входами усилителя равно нулю, напряжение VIN приложено к левому резистору R. Ток через резистор R и коллектор транзистора VТ

lc = VIN/R = lL Rш/R    (7)

Пренебрегая током базы транзистора, найдем выходное напряжение схемы

VOUT = lCRT = lL RT Rш/R     (8)

Именно по этой схеме выполнен измеритель тока фирмы Burr-Brown INA168 (границы кристалла показаны на рис. 15 штриховой линией). Он допускает синфазное напряжение на входах до 60 В и коэффициент усиления напряжения на шунте до 100. Ток, потребляемый микросхемой, составляет всего 50 мкА. Микросхема LT1787 аналогичного назначения построена симметрично, т. к. имеет в своем составе усилитель с дифференциальными входами и выходами и нагрузку  в виде токового зеркала. Допустимое синфазное напряжение также 60 В. Динамический диапазон —12 бит (72 дБ). Микросхема измерителя тока МАХ471 имеет на кристалле шунтовой резистор, рассчитанный на ток до 3 А, а у МАХ4372 такого резистора нет, но зато ее погрешность преобразования не превышает 0,18%.

Цифро-аналоговый преобразователь
с выходом в виде напряжения

Комбинация ЦАП с токовым выходом, например, 12-битного AD7541А и ОУ с полным размахом показана на рис. 16.

Здесь используется инверсное включение резистивной матрицы R-2R. ОУ включен по схеме неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления 2. В качестве источника опорного напряжения может быть использован TL431. Выходное напряжение схемы определяется формулой

VOUT = 2VREF/4096*DI,          (9)

где DI — входной код.

Выводы

Операционные усилители, предназначенные для работы с биполярным питанием, могут работать в схемах с одним источником, однако амплитудный диапазон их входных и выходных сигналов может оказаться слишком узким. Операционные усилители, предназначенные для работы с одним источником,  в свою очередь, тоже могут работать в схемах с биполярным питанием. Необходимо только, чтобы разность потенциалов положительного и отрицательного источника не превышала предельно допустимого напряжения питания для данного типа усилителя. Если требуется усиливать сигналы переменного тока, то при однополярном питании целесообразно использовать цепи смещения и разделительные конденсаторы (рис. 7).
Если входной сигнал постоянного тока биполярный, то можно использовать цепи смещения, однако более удобно
введение в схему искусственной нулевой точки. Если предполагается работа со входными сигналами ниже потенциала общей шины при однополярном питании, следует в необходимых случаях предусмотреть меры для защиты входов усилителя.

Георгий Волович,
[email protected]

Литература
1. Mancini R. Single Supply Op Amp Design Techniques // Application  RepoRt  SLOA030.  —  Texas  InstRuments
IncoRpoRated. — OctobeR 1999. — 23 p.
2. Волович Г. Устойчивость линейных интегральных стабилизаторов напряжения. — Схемотехника, 2001. № 11.

на Ваш сайт.

Мостовые усилители для приложений с однополярным источником питания

Добавлено 19 декабря 2019 в 19:40

Сохранить или поделиться

В данной статье описывается схема мостового усилителя и объясняется, почему она особенно удобна, когда у вас нет источника отрицательного напряжения.

Вспомогательная информация

Почему однополярный источник питания?

Существует несколько различных терминов, используемых для обозначения системы, в которой разработчик имеет доступ к шинам положительного и отрицательного напряжения: двуполярное, симметричное, с двойным источником питания, с раздельными источниками питания. Как бы вы ни хотели их назвать, они мне нравятся; аналоговые схемы являются более простыми и (на мой взгляд) более математически связными, когда уровень сигнала может опускаться фактически ниже уровня земли.

Однако неизбежный факт заключается в том, что система с двойным источником питания обычно является персоной нон-грата в мире современной электроники. Причина этого достаточно проста: для создания источника отрицательного напряжения требуются дополнительные схемы, что означает больше времени проектирования, более высокую стоимость и большие размеры печатной платы; таким образом, если системные требования могут быть каким-то образом выполнены без обращения к отрицательной шине питания, тем лучше. Альтернативой дополнительной схеме является вторая батарея; помимо того, что этот подход применим только к оборудованию с питанием от батарей, он всё же увеличивает стоимость и громоздкость, которые могут быть устранены с помощью продуманной схемы с однополярным источником питания.

Примечание. Не существует закона, утверждающего, что система с двойным источником питания должна иметь положительное и отрицательное напряжения питания, которые равны по величине (то есть симметричны). Однако симметричные источники питания являются нормой для схем усилителей, и обсуждение систем с двойными источниками питания или с раздельными источниками питания может включать предположение, что напряжения питания являются симметричными.

Мостовой усилитель

Одной вещью, которая может быть трудной в среде с однополярным источником питания, является формирование выходных сигналов переменного тока высокой мощности. Давайте посмотрим на схему, которая может помочь с этой задачей:

Рисунок 1 – Мостовой усилитель

Как видите, входной сигнал подается на две схемы на операционных усилителях, одна неинвертирующая, другая инвертирующая; резисторы выбираются таким образом, чтобы оба усилителя имели одинаковую величину коэффициента усиления. Нагрузка подключена между выходами двух усилителей; обратите внимание, что нагрузка «плавающая», то есть она не имеет прямого соединения с узлом земли. Как вы, наверное, уже поняли, мостовой усилитель приводит к увеличению напряжения на нагрузке в два раза:

Рисунок 2 – Мостовой усилитель приводит к увеличению напряжения на нагрузке в два раза

Показанный здесь стандартный мостовой усилитель не является схемой с однополярным источником питания. Оба операционных усилителя имеют входной вывод, который привязан к земле; таким образом, входной синусоидальный сигнал с привязкой к земле потребовал бы от обоих операционных усилителей формирование отрицательных выходных напряжений, и это, конечно, совершенно невозможно, когда вывод отрицательного питания операционного усилителя подключен к земле.

Версия с однополярным источником питания

Следующая схема адаптирует схему мостового усилителя к использованию однополярного источника питания:

Рисунок 3 – Мостовой усилитель с однополярным питанием

Важная особенность схемы на операционном усилителе с однополярным источником питания – это напряжение смещения, которое задает опорный уровень, равный половине напряжения питания (так же, как потенциал земли служит в качестве опорного уровня среднего напряжения питания в системах с двойным источником питания). Напряжение смещения не обязательно должно быть равно половине напряжения питания, но оно обычно выбирается таким при работе с синусоидальными сигналами, поскольку смещение, равное половине напряжения питания гарантирует, что выходной сигнал имеет одинаковые возможности раскачиваться и в «положительную», и в «отрицательную» стороны («положительная» значит выше напряжения смещения, а «отрицательная» значит ниже напряжения смещения).

Существуют различные способы смещения в схемах на операционном усилителе с однополярным источником питания. На мой взгляд, самый простой подход показан на схеме, приведенной выше: вы конфигурируете схему как инвертирующий усилитель и прикладываете Vсмещ к положительному входу. Вот почему мостовой усилитель с однополярным источником питания использует два инвертирующих усилителя, тогда как стандартный мостовой усилитель использует неинвертирующий усилитель и инвертирующий усилитель.

Смещение неинвертирующего усилителя неудобно – независимо от того, применяете ли вы смещение к положительному или отрицательному входу, взаимосвязь между напряжением смещения и выходным напряжением является более сложной по сравнению с инвертирующей схемой. Кроме того, если для формирования напряжения смещения вы используете резистивный делитель, резисторы в неинвертирующем усилителе взаимодействуют с резисторами в делителе и тем самым делают вашу жизнь еще более сложной, чем она уже есть. Инвертирующая схема позволяет подключать напряжение смещения непосредственно к высокоимпедансному входному выводу операционного усилителя, и, таким образом, вы можете использовать резистивный делитель без опасений:

Рисунок 4 – Организация смещения в мостовой схеме с однополярным питанием

Наконец, вы, вероятно, заметили, что на вход одного из операционных усилителей подается не сам входной сигнал, а выходной сигнал другого операционного усилителя. Весь смысл мостового усилителя состоит в том, чтобы генерировать как инвертированный, так и неинвертированный выходной сигнал, и, таким образом, каскадное включение усилителей является простым решением проблемы наличия двух инвертирующих усилителей.

Больше напряжения → больше мощности

Есть два важных преимущества, связанных с мостовым усилителем.2 \times \frac{1}{R}\]

Таким образом, мощность пропорциональна квадрату пикового напряжения. Мостовая схема удваивает напряжение на нагрузке; следовательно, она обеспечивает увеличение мощности, передаваемой нагрузке, в четыре раза. Возможно, вы задаетесь вопросом – почему мы не можем просто использовать один операционный усилитель и увеличить коэффициент усиления, чтобы получить большее напряжение? Зачем беспокоиться о мостовой схеме? Это хорошие вопросы, и ответ на них следующий: мостовой усилитель обеспечивает Pнагр, превышающую в четыре раза максимальную мощность, которую вы можете достичь при заданном напряжении питания. Другими словами, мостовой усилитель особенно полезен, когда вы пытаетесь получить как можно больше мощности от вашей шины питания.

В этот век низковольтных систем вы можете обнаружить, что напряжение питания является ограничивающим фактором того, какую мощность вы можете подавать на нагрузку. Предположим, что сопротивление нагрузки является фиксированным, поэтому вы не можете увеличить мощность, уменьшив Rнагр, и давайте также предположим, что у вас имеется достаточный уровень тока, доступный от вашего источника питания. В этом случае ваш источник питания 3,3 В сдерживает вас – вы могли бы легко подать больше мощности, если бы у вас было немного большее напряжение питания. Ну, вот тут-то и появляется мостовой усилитель: та же шина напряжения, но в четыре раза большая мощность.

Не требуется конденсатор связи

Моя любимая особенность мостового усилителя заключается в том, что он позволяет устранить постоянное напряжение смещения без устранения постоянного напряжения смещения… или что-то типа того. Допустим, у вас есть динамик, который вам необходимо подключить к вашей схеме с однополярным источником питания. Все аудиосигналы имеют смещение по постоянному напряжению, которое удерживает отрицательные участки синусоиды выше уровня земли. Но сигнал, который мы посылаем на динамик, должен быть чистым переменным напряжением; постоянное напряжение смещения в аудиосигнале уменьшает динамический диапазон и способствует искажению. Эта проблема часто решается с помощью конденсатора, блокирующего постоянный ток (также называемого разделительного конденсатора), но у этого подхода есть недостатки: во-первых, конденсатор может быть достаточно большим (часто сотни микрофарад), чтобы избежать ослабления низкочастотных составляющих сигнала; во-вторых, вам нужно беспокоиться о переходных эффектах, связанных с зарядом или разрядом разделительного конденсатора, таких как артефакты типа «щелчков» и «хлопков», которые мешают воспроизведению звука.

К счастью, если у вас есть мостовой усилитель, то отпадает необходимость в разделительном конденсаторе. Дополнительная особенность инвертированных и неинвертированных сигналов такова, что постоянное напряжение смещения одного сигнала может компенсировать постоянное напряжение смещения другого:

Рисунок 5 – Компенсация напряжения смещения

Заключение

Мы рассмотрели стандартный мостовой усилитель, а также вариант, совместимый с однополярным источником питания, и обсудили два основных преимущества, предлагаемых мостовой схемой. Как один из моих профессоров однажды сказал в связи с какой-то математической концепцией, которую я не могу вспомнить, сложите ее и держите в кармане; мостовой усилитель может оказаться весьма полезным, когда вам будет необходимо подавать значительный уровень мощности сигнала переменного напряжения от низковольтной системы или системы с однополярным источником питания.

Оригинал статьи:

Теги

Аудиосистема с однополярным источником питанияАудиоусилительМостовой усилительНапряжение смещенияНапряжение смещения операционного усилителяОперационный усилитель с однополярным источником питанияОУ (операционный усилитель)Системы с однополярным источником питанияУсилитель

Сохранить или поделиться

Схема простого Hi-Fi усилителя мощности » Паятель.Ру


Несмотря на простую схему при полном отсутствии микросхем, этот усилитель обладает достаточно высокими характеристиками аудиотехники Hi-Fi класса.
Усилитель сделан по трехкаскадной схеме, работающей в классе АВ. Гальваническая связь всех каскадов позволила охватить весь усилитель петлей широкополосной (начиная с нуля Герц) отрицательной последовательной обратной связи по напряжению, и обеспечить, тем самым, высокую стабильность режимов работы усилителя при значительных изменениях питающего напряжения и температуры окружающей среды.


Технические характеристики Hi-Fi усилителя:

1. Номинальная / максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом……16 Вт / 20 Вт.
2. Номинальная чувствительность…… 0,32В.
3. КНИ на частоте 1 кГц не более……….0,25%
4. Полоса пропускания при неравномерности характеристики не более 2 дб.. 20…20000 Гц.
5. Отношение сигнал/фон не менее….. 80 дб.

Напряжение обратной связи снимается с эмиттеров выходных транзисторов и через резистор R9 поступает на эмиттер транзистора VT1. Вторая петля ООС через резистор R10 введена для уменьшения влияния конденсатора С5 на выходное сопротивление усилителя. В тоже время, она дополнительно снижает КНИ и фон.

Напряжение смещения на базы выходных транзисторов поступает с диода VD2, включенного в цепь коллектора транзистора VT2. Нелинейность вольт-амперной характеристики диода и её зависимость от температуры окружающей среды используется для стабилизации температурного режима выходного каскада (на плате VD2 должен находится в тепловом контакте с радиаторами транзисторов VT3 и VT4).

Конденсатор С4 предотвращает самовозбуждение УМЗЧ на высоких частотах, резистор R11 предотвращает нарушение режима работы в случае обрыва в цепи нагрузки. Высокое быстродействие транзисторов и их малое количество способствует снижению динамических искажений.

Источник питания — не стабилизированный, однополярный. Транзистор КТ3102Г можно заменить на КТ3102Е или на КТ342Г. Транзистор КТ630 — на КТ807, он установлен на небольшой пластинчатый радиатор. Выходные транзисторы имеют радиаторы площадью поверхности не менее 100 см2 каждый.

Налаживание сводится к симметрированию проходной динамический характеристики путем подбора номиналов резисторов R1 и R2. При этом постоянное напряжение на эмиттерах выходных транзисторов должно установиться на уровне, равном половине напряжения питания. Кроме того, диод VD2 нужно подобрать таким образом, чтобы не нем падало 0,9В. В крайнем случае можно включить дополнительный резистор последовательно или параллельно этому диоду.

При снятии частотной характеристики за установочные берутся частоты — 40 Гц, 1000Гц и 20000 Гц.

Очень простой мощный усилитель на микросхеме

Я бы сказал, что это просто супер простой усилитель, содержащий все четыре элемента и выдающий мощность 40 Вт на два канала!
4 детали и 40 Вт х 2 выходной мощности Карл! Это находка для автолюбителей, так как питается усилитель от 12 Вольт, полный диапазон от 8 до 18 Вольт. Его можно запросто встраивать в сабвуферы или акустические системы.
Все сегодня доступно благодаря использованию современной элементной базы. А именно микросхеме — TDA8560Q.

Кстати купить ее можно на за сущие копейки тут – TDA8560Q

Это микросхема фирмы «PHILIPS». Ранее была в ходу TDA1557Q, на которой можно также собрать стерео усилитель с выходной мощностью 22 Вт. Но её в последствии модернизировали, обновив выходной каскад и появилась TDA8560Q с выходной мощностью 40 Вт на канал. Также аналогом является TDA8563Q.

Схема автомобильного усилителя на микросхеме



На схеме микросхема, два входных конденсатора и один фильтрующий. Фильтрующий конденсатор указан с минимальной емкостью 2200 мкФ, но лучшем решением будет взять 4 таких конденсатора и запараллелить, так вы обеспечите более стабильную работу усилителя на низких частотах. Микросхему нужно обязательно устанавливать на радиатор, чем больше, тем лучше.

Сборка простого усилителя




Также можно увеличить в схеме число компонентов, повышающих надежность при эксплуатации, но не принципиально.

Тут добавилось ещё пять деталей, объясню для чего. Два резистора на 10 К Ом уберут фон, если к схеме идут длинные провода. Резистор 27 К Ом и конденсатор 47 мкФ дают плавный пуск усилителя без щелчков. А конденсатор 220 пF отфильтрует высокочастотные помехи идущие по проводам питания. Так что я рекомендую доработать схему этими узлами, лишним не будет.
Хочу ещё добавить, что усилитель развивает полную мощность только на нагрузке 2 Ома. На 4 Ом будет где-то порядка 25 Вт, что тоже очень неплохо. Так что нашу советскую акустику раскачает.
Низковольтное, однополярное питание дает дополнительные плюсы: использование в автомобильной акустике, дома же можно питать от старого компьютерного блока питания.
Минимальное количество компонентов позволяет встраивать усилитель в замен старому, вышедшему из строя, на микросхеме других марок.

Смотрите видео теста усилителя



Как избежать проблем с нестабильностью операционных усилителей в приложениях с однополярным питанием

Одиночное или двойное питание?

Несмотря на то, что выгодно реализовать схемы операционного усилителя со сбалансированным двойным источником питания, существует множество практических приложений, где из соображений энергосбережения или по другим причинам работа с однополярным питанием необходима или желательна. Например, в автомобильном и морском оборудовании аккумулятор обеспечивает только одну полярность. Даже оборудование с питанием от сети, такое как компьютеры, может иметь только однополярный встроенный источник питания, обеспечивающий для системы +5 В или +12 В постоянного тока.При обработке аналоговых сигналов общей особенностью работы с однополярным питанием является необходимость в дополнительных компонентах на каждом этапе для соответствующего смещения сигнала. Если это не будет тщательно продумано и выполнено, могут возникнуть нестабильность и другие проблемы.

Распространенные проблемы с подмагничиванием резистора

Приложениям с ОУ с однополярным питанием присущи проблемы, которые обычно не встречаются в схемах с двойным питанием. Основная проблема заключается в том, что если сигнал должен качаться как положительным, так и отрицательным по отношению к «общему», это опорное напряжение нулевого сигнала должно быть на фиксированном уровне между шинами питания.Основным преимуществом двойных источников питания является то, что их общее соединение обеспечивает стабильное нулевое опорное напряжение с низким импедансом. Два напряжения питания обычно равны и противоположны (и часто отслеживаются), но это не абсолютная необходимость. При одном источнике питания такой узел должен быть создан искусственно путем введения дополнительных схем для обеспечения некоторой формы смещения, чтобы поддерживать общий сигнал при соответствующем среднем напряжении питания.

Поскольку обычно желательно, чтобы большие выходные значения ограничивались симметрично, смещение обычно устанавливается в средней точке номинального выходного диапазона усилителя или (для удобства) на половине напряжения питания.Самый эффективный способ добиться этого — использовать регулятор, как показано на рисунке 6; однако популярный метод заключается в снятии напряжения питания с помощью пары резисторов. Несмотря на кажущуюся простоту, с этим есть проблемы.

Для иллюстрации проблемы схема на рис. 1, имеющая несколько конструктивных недостатков, представляет собой неинвертирующий усилитель со связью по переменному току. Сигнал имеет емкостную связь на входе и выходе. Средний уровень входного сигнала со связью по переменному току смещен до V s /2 парой делителей R A -R B , а внутриполосное усиление составляет G = 1 + R2 / R1.«Усиление шума» постоянного тока уменьшается до единицы за счет емкостной связи обратной связи с нулем, установленным R1 и C1, так что уровень постоянного тока на выходе равен напряжению смещения. Это позволяет избежать искажений из-за чрезмерного усиления входного напряжения смещения усилителя. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью снижается от (1 + R2 / R1) на высокой частоте до единицы при постоянном токе с частотами излома при f = 1 / [2π R1 C1] и f = 1 / [2π (R1 + R2) C1. ], вводя фазовые сдвиги, которые добавляют к сдвигам, связанным со схемами связи входов и выходов.

Рис. 1. Потенциально нестабильная схема операционного усилителя с однополярным питанием.

Эта простая схема имеет дополнительные потенциально серьезные ограничения. Во-первых, присущая операционному усилителю способность подавлять колебания напряжения питания бесполезна, поскольку любое изменение напряжения питания напрямую изменяет напряжение смещения V s /2, устанавливаемое резистивным делителем. Хотя это не представляет проблемы при постоянном токе, любой синфазный шум, появляющийся на клеммах источника питания, будет усилен вместе с входным сигналом (за исключением самых низких частот).При усилении 100 20 милливольт пульсации 60 Гц и гул на выходе будут усилены до уровня 1 вольт.

Еще хуже, нестабильность может возникать в схемах, где операционный усилитель должен обеспечивать большие выходные токи в нагрузке. Если источник питания не отрегулирован (и не обойден), на линии питания будут появляться значительные сигнальные напряжения. Поскольку неинвертирующий вход операционного усилителя напрямую связан с питающей линией, эти сигналы будут подаваться непосредственно обратно в операционный усилитель, часто в фазовом соотношении, которое будет вызывать «мотор-лодку» или другие формы колебаний.

Хотя использование чрезвычайно тщательной компоновки, байпаса источника питания с несколькими конденсаторами, заземления звездой и печатной платы «силовой плоскости» — все это помогает снизить уровень шума и поддерживать стабильность схемы, лучше внести изменения в конструкцию схемы, которые улучшат отказ источника питания. Здесь предлагается несколько.

Отсоединение сети смещения от источника питания

Один из шагов к решению — обойти делитель напряжения смещения и предоставить отдельный входной возвратный резистор, модифицируя схему, как показано на рисунке 2.Точка ответвления на делителе напряжения теперь блокируется для сигналов переменного тока конденсатором C2, чтобы восстановить подавление подачи переменного тока. Резистор Rin, который заменяет Ra / 2 в качестве входного сопротивления схемы для сигналов переменного тока, также обеспечивает обратный путь постоянного тока для входа +.

Рис. 2. Изолированная схема смещения операционного усилителя с однополярным питанием.

Разумеется, значения R A и R B должны быть как можно более низкими; Выбранные здесь значения 100 кОм предназначены для экономии тока питания, как это может быть сделано в приложениях с батарейным питанием.Также следует тщательно выбирать номинал байпасного конденсатора. С делителем напряжения 100 кОм / 100 кОм для R A и R B и 0,1 мкФ или аналогичным значением емкости для C2, полоса пропускания -3 дБ импеданса этой сети устанавливается параллельной комбинацией R A , R B и C2, равно 1 / [2π (R A /2) C2] = 32 Гц. Хотя это улучшение по сравнению с рисунком 1, подавление синфазного сигнала падает ниже 32 Гц, обеспечивая значительную обратную связь через источник питания на низких частотах сигнала.Для этого требуется конденсатор большего размера, чтобы избежать «катания на лодке» и других проявлений нестабильности.

Практический подход заключается в увеличении емкости конденсатора C2. так что он достаточно велик, чтобы эффективно обходить делитель напряжения на всех частотах в полосе пропускания схемы. Хорошее практическое правило — установить этот полюс на одну десятую ширины входной полосы по уровню –3 дБ, установленной в R IN / C IN и R 1 / C 1 .

Коэффициент усиления усилителя на постоянном токе по-прежнему равен единице.Даже в этом случае необходимо учитывать входные токи смещения операционного усилителя. R IN , последовательно с делителем напряжения R A / R B , добавляет значительное сопротивление последовательно с положительной входной клеммой операционного усилителя. Поддержание выхода операционного усилителя близко к среднему источнику питания с использованием обычных операционных усилителей с обратной связью по напряжению, которые имеют симметричные симметричные входы, может быть достигнуто путем балансировки этого сопротивления путем выбора R2.

В зависимости от напряжения питания типичные значения, обеспечивающие разумный компромисс между повышенным током питания и повышенной чувствительностью к току смещения усилителя, варьируются от 100 кОм для одиночных источников питания + 15 В или + 12 В до 42 кОм для питание 5 В и 27 кОм для 3.3 В.

Усилители

, предназначенные для высокочастотных приложений (особенно типов с обратной связью по току), должны использовать низкое входное сопротивление и сопротивление обратной связи для сохранения полосы пропускания при наличии паразитной емкости. Операционный усилитель, такой как AD811, который был разработан для приложений скорости видео, обычно будет иметь оптимальную производительность при использовании резистора 1 кОм для R2. Следовательно, в этих типах приложений необходимо использовать резисторы гораздо меньшего номинала в делителе напряжения R A / R B (и более высокие байпасные емкости), чтобы минимизировать входной ток смещения и избежать низкочастотной нестабильности.

Из-за их низкого тока смещения потребность в балансировочных входных резисторах не так велика в приложениях с современными операционными усилителями на полевых транзисторах, если только схема не должна работать в очень широком диапазоне температур. В этом случае балансировка сопротивления на входных клеммах операционного усилителя по-прежнему является разумной мерой предосторожности.

На рисунке 3 показано, как смещение и шунтирование могут применяться в случае инвертирующего усилителя.

Рисунок 3. Схема инвертирующего усилителя с развязкой и однополярным питанием.

Метод смещения резистивного делителя недорогой и поддерживает выходное напряжение постоянного тока операционного усилителя на уровне V S /2, но подавление синфазного сигнала операционного усилителя по-прежнему зависит от постоянной времени RC, формируемой R A || R B и конденсатор C2. Использование значения C2, которое обеспечивает как минимум 10-кратную постоянную времени RC входной цепи RC-связи (R1 / C1 и R в / C в ), поможет обеспечить разумный коэффициент подавления синфазного сигнала. С резисторами 100 кОм для R A и R B практические значения C2 могут быть довольно небольшими, если полоса пропускания схемы не слишком мала.

Смещение стабилитрона

Более эффективным способом обеспечения необходимого смещения V S /2 для работы с однополярным питанием является использование стабилитрона, такого как показанный на рисунке 4. Здесь ток подается на стабилитрон через резистор R. Конденсатор. C N помогает уменьшить генерируемый стабилитроном шум на входе операционного усилителя.

Рис. 4. Неинвертирующий усилитель с однополярным питанием и смещением на стабилитроне.

Следует выбрать стабилитрон с рабочим напряжением, близким к В S /2.Резистор R Z должен быть выбран так, чтобы обеспечить достаточно высокий ток для работы стабилитрона при его стабильном номинальном напряжении и поддерживать низкий уровень шума на выходе стабилитрона. Тем не менее, также важно минимизировать энергопотребление (и нагрев) и избежать повреждения стабилитрона. Поскольку вход операционного усилителя потребляет небольшой ток от эталона, рекомендуется выбрать маломощный диод. Лучше всего устройство с номинальной мощностью 250 мВт, но приемлемы и более распространенные типы мощностью 500 мВт. Идеальный ток стабилитрона варьируется от каждого производителя, но практические уровни I z от 500 мкА (устройство на 250 мВт) до 5 мА (устройство на 500 мВт) обычно являются хорошим компромиссом для этого приложения.

В рабочих пределах стабилитрона схема на рис. 4 в основном обеспечивает низкий импеданс опорного уровня, который восстанавливает отказ источника питания операционного усилителя. Преимущества существенны, но есть цена: потребляется больше энергии, а выход постоянного тока операционного усилителя фиксируется напряжением стабилитрона, а не на уровне V S /2. Если напряжение источника питания существенно упадет, на больших сигналах может произойти асимметричное ограничение. Также необходимо учитывать входные токи смещения.Резисторы R , IN и R2 должны иметь одинаковое значение, чтобы входные токи смещения не создавали существенную ошибку напряжения смещения.

На рисунке 5 показана схема инвертирующего усилителя, использующая тот же метод смещения стабилитрона.

Рис. 5. Инвертирующий усилитель с однополярным питанием, использующий смещение стабилитрона.

В таблице 1 показаны некоторые распространенные типы стабилитронов, которые можно выбрать для обеспечения половинного смещения питания для различных уровней напряжения питания. Для удобства предусмотрены практические значения R Z , обеспечивающие 5 мА и 0.Токи устройства 5 мА в цепях 4 и 5. Для снижения шума в цепи оптимальный ток стабилитрона можно выбрать, обратившись к паспорту производителя.

Таблица 1. Предлагаемые номера деталей стабилитронов (типы Motorola) и значения Rz для использования на рисунках 4 и 5.

Напряжение питания
Ссылка
Напряжение
Диод
Тип
Стабилитрон
Ток
Rz
Значение Ом
+ 15В
7.5В
1N4100
0,5 мА
15к
+ 15В
7,5 В
1N4693
5 мА
1,5к
+ 12В
6,2 В
1N4627
0,5 мА
11.5к
+ 12В
6,2 В
1N4691
5 мА
1,15к
+ 9В
4,3 В
1N4623
0,5 мА
9.31k
+ 9В
4,3 В
1N4687
5 мА
931
+ 5В
2.4В
1N4617
0,5 мА
5.23k
+ 5В
2,7 В
1N4682
5 мА
464

Смещение операционного усилителя с использованием линейного регулятора напряжения

Для схем операционных усилителей, работающих от стандарта + 3,3 В, необходимо напряжение смещения + 1,65 В.Стабилитроны обычно доступны только до +2,4 В, хотя шунтирующие регуляторы шириной запрещенной зоны AD589 и AD1580 с напряжением 1,225 В можно использовать, как и стабилитроны, для обеспечения фиксированного, хотя и не центрированного, напряжения при низком импедансе. Самый простой способ обеспечить произвольные значения напряжения смещения при низком импедансе (например, V S /2) — использовать линейный стабилизатор напряжения, такой как ADM663A или ADM666A, как показано на рисунке 6. Его выход можно регулировать. от 1,3 до 16 В и обеспечит низкоомное смещение для однополярных напряжений от 2 В до 16.5 В.

Рис. 6. Схема смещения с однополярным питанием операционного усилителя с использованием линейного регулятора напряжения.

Цепи одинарного питания со связью по постоянному току

До сих пор обсуждались только схемы операционных усилителей со связью по переменному току. Несмотря на то, что при использовании подходящих больших входных и выходных конденсаторов связи, цепь, связанная по переменному току, может работать на частотах значительно ниже 1 Гц, для некоторых приложений требуется настоящая связь по входу и выходу постоянного тока. Цепи, которые обеспечивают постоянное постоянное напряжение при низком импедансе, такие как стабилитроны и регуляторы, описанные выше, могут использоваться для обеспечения напряжения «нулевого уровня».

В качестве альтернативы резисторы смещения V S /2, показанные на рисунках 1–3, могут быть буферизованы операционным усилителем для создания низкоомной цепи «фантомного заземления», как показано на рисунке 7. Если источником питания является низковольтная батарея. Источник, скажем, + 3,3 В, операционный усилитель должен быть устройством типа «rail-to-rail», способным эффективно работать во всем диапазоне напряжений питания. Операционный усилитель также должен иметь возможность подавать положительный или отрицательный выходной ток, достаточный для удовлетворения требований нагрузки главной цепи.Конденсатор C2 идет в обход делителя напряжения, чтобы уменьшить шум резистора. Эта схема не должна обеспечивать отказ от источника питания, потому что она всегда будет управлять общей клеммой («землей») при половинном напряжении питания.

Рис. 7. Использование операционного усилителя для обеспечения «фантомного заземления» для приложений с прямым подключением с батарейным питанием.

Проблемы со временем включения цепи

Еще один последний вопрос, который необходимо учитывать, — это время включения цепи. Приблизительное время включения будет зависеть от постоянной времени RC используемого фильтра с самой низкой полосой пропускания.

Все схемы с пассивным смещением, показанные здесь, должны требовать, чтобы цепь делителя напряжения R A || R B -C2 имела постоянную времени в 10 раз больше, чем постоянная времени входной или выходной цепи. Это сделано для упрощения конструкции схемы (поскольку входную полосу пропускания задают до трех разных полюсов RC). Эта длительная постоянная времени также помогает удерживать цепь смещения от «включения» перед входными и выходными цепями операционного усилителя, тем самым позволяя выходному сигналу операционного усилителя постепенно повышаться от нуля вольт до V S /2, не приводя к напряжению. положительная подающая шина.Требуемая частота излома 3 дБ составляет 1/10 от частоты R1C1 и R , нагрузка C на выходе . Например: на рисунке 2 для полосы пропускания цепи 10 Гц и коэффициента усиления 10 значение C2, равное 3 мкФ, обеспечивает полосу пропускания 3 дБ, равную 1 Гц.

С R A || R B = 50 000 Ом конденсатор емкостью 3 мкФ обеспечивает постоянную времени RC 0,15 секунды. Таким образом, выходу операционного усилителя потребуется от 0,2 до 0,3 секунды, чтобы он стал достаточно близким к V S /2. Между тем, входные и выходные RC-цепи будут заряжаться в десять раз быстрее.

В приложениях, где время включения схемы может стать чрезмерно большим, лучше выбрать стабилитрон или метод активного смещения.

4.3: Смещение однополярного источника питания — Разработка LibreTexts

До этого момента во всех схемах в качестве примера использовался биполярный источник питания, обычно \ (\ pm \) 15 В. Иногда это нецелесообразно. Например, небольшое количество аналоговой схемы может использоваться вместе с преимущественно цифровой схемой, которая работает от униполярного источника питания.Создание отрицательного источника питания для одного или двух операционных усилителей может оказаться неэкономичным. Хотя можно купить операционные усилители, специально разработанные для работы с униполярными источниками питания 1 , добавление простой схемы смещения позволит практически любому операционному усилителю работать от униполярного источника питания. Этот источник питания может быть в два раза больше, чем у биполярного аналога. Другими словами, схема, которая обычно работает от источника питания \ (\ pm \) 15 В, может быть сконфигурирована для работы от униполярного источника питания +30 В, обеспечивая аналогичные характеристики.Мы рассмотрим примеры использования как неинвертирующего, так и инвертирующего усилителей напряжения

.

Идея состоит в том, чтобы смещать вход на половину общего потенциала предложения. Это можно сделать с помощью простого делителя напряжения. Конденсатор связи может использоваться, чтобы изолировать этот потенциал постоянного тока от каскада возбуждения. Для правильной работы выход операционного усилителя также должен находиться на половине напряжения питания. Этот факт означает, что коэффициент усиления схемы должен быть равен единице. Это может показаться очень ограничивающим фактором, но на самом деле это не так.Следует помнить, что для постоянного тока коэффициент усиления должен быть равен единице. Коэффициент усиления по переменному току может быть практически любым, каким вы хотите.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Смещение однополярного питания в неинвертирующем усилителе.

Пример использования неинвертирующего усилителя напряжения показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Чтобы установить усиление постоянного тока на единицу, не влияя на усиление переменного тока, конденсатор \ (C_3 \) помещается последовательно с \ (R_i \). \ (R_1 \) и \ (R_2 \) устанавливают точку смещения 50%. Их параллельная комбинация также устанавливает входное сопротивление.Резисторы \ (R_3 \) и \ (R_4 \) используются для предотвращения деструктивного разряда конденсаторов связи \ (C_1 \) и \ (C_2 \) в операционный усилитель. Они могут не требоваться, но если они есть, обычно имеют размер около 1 k \ (\ Omega \) и 100 \ (\ Omega \) соответственно.

Включение конденсаторов дает трехпроводную сеть. Стандартный частотный анализ и упрощение схемы показывают, что приблизительные критические частоты составляют

\ [f_ {i n} = \ frac {1} {2 \ pi C_1 R_1 || R_2} \ notag \]

\ [f_ {out} = \ frac {1} {2 \ pi C_2 R_ {load}} \ notag \]

\ [f_ {fdbk} = \ frac {1} {2 \ pi C_3 R_i} \ notag \]

Входную сеть смещения можно улучшить, используя схему, показанную на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).Это уменьшает гудение и шум, передаваемые от источника питания на вход операционного усилителя. Это достигается за счет создания низкого импеданса в узле A. Это, конечно, не влияет на потенциал постоянного тока. \ (R_5 \) теперь устанавливает входное сопротивление цепи.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): улучшенное смещение для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Здесь важно помнить, что усиление по напряжению все еще равно \ (1 + R_f / R_i \) в средней полосе, \ (Z_ {in} \) теперь устанавливается резисторами смещения \ (R_1 \) и \ (R_2 \) или \ (R_5 \) (если используется), и эта частотная характеристика больше не плоская до нуля Герц.

Версия инвертирующего усилителя напряжения с однополярным питанием показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Он использует те же основные методы, что и неинвертирующая форма. В настройке смещения используется оптимизированная форма с низким уровнем шума. Обратите внимание, что входной импеданс не изменился, он по-прежнему установлен в \ (R_i \). Приблизительные критические частоты свинцовой сети находятся через

.

\ [f_ {in} = \ frac {1} {2 \ pi C_1 R_i} \ notag \]

\ [f_ {out} = \ frac {1} {2 \ pi C_2 R_ {load}} \ notag \]

\ [f_ {bias} = \ frac {1} {2 \ pi C_3 R_1 || R_2} \ notag \]

Обратите внимание на общее сходство между схемами на рисунках \ (\ PageIndex {3} \) и \ (\ PageIndex {1} \).Простое перенаправление входного сигнала создает одну форму из другой.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Инвертирующий усилитель с однополярным питанием.

% PDF-1.3 % 634 0 объект > эндобдж xref 634 95 0000000016 00000 н. 0000002269 00000 н. 0000002461 00000 н. 0000002601 00000 н. 0000002632 00000 н. 0000002689 00000 н. 0000003376 00000 н. 0000003647 00000 н. 0000003713 00000 н. 0000003811 00000 н. 0000003907 00000 н. 0000004076 00000 н. 0000004244 00000 н. 0000004340 00000 н. 0000004452 00000 н. 0000004579 00000 п. 0000004700 00000 н. 0000004888 00000 н. 0000005000 00000 н. 0000005105 00000 н. 0000005273 00000 н. 0000005478 00000 п. 0000005683 00000 н. 0000005888 00000 н. 0000005997 00000 н. 0000006204 00000 н. 0000006329 00000 н. 0000006536 00000 н. 0000006740 00000 н. 0000006852 00000 н. 0000007041 00000 н. 0000007173 00000 н. 0000007353 00000 п. 0000007472 00000 н. 0000007652 00000 н. 0000007777 00000 н. 0000007983 00000 п. 0000008127 00000 н. 0000008332 00000 н. 0000008510 00000 п. 0000008633 00000 н. 0000008797 00000 н. 0000008958 00000 н. 0000009079 00000 н. 0000009198 00000 п. 0000009318 00000 п. 0000009413 00000 н. 0000009507 00000 н. 0000009600 00000 н. 0000009693 00000 п. 0000009787 00000 н. 0000009881 00000 н. 0000009976 00000 н. 0000010070 00000 п. 0000010164 00000 п. 0000010330 00000 п. 0000010695 00000 п. 0000010929 00000 п. 0000011778 00000 п. 0000012110 00000 п. 0000012695 00000 п. 0000012882 00000 п. 0000014115 00000 п. 0000014138 00000 п. 0000014579 00000 п. 0000015373 00000 п. 0000016807 00000 п. 0000016830 00000 н. 0000018296 00000 п. 0000018319 00000 п. 0000019923 00000 п. 0000019946 00000 п. 0000020485 00000 п. 0000021193 00000 п. 0000021994 00000 п. 0000022330 00000 п. 0000023952 00000 п. 0000023975 00000 п. 0000025644 00000 п. 0000025667 00000 п. 0000026350 00000 п. 0000026556 00000 п. 0000028220 00000 п. 0000028243 00000 п. 0000029328 00000 н. 0000029351 00000 п. 0000034534 00000 п. 0000038516 00000 п. 0000040204 00000 п. 0000044861 00000 п. 0000045287 00000 п. 0000045971 00000 п. 0000046088 00000 п. 0000002730 00000 н. 0000003354 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 635 0 объект > эндобдж 636 0 объект a_

% PDF-1.4 % 5 0 obj [/ CalRGB >] эндобдж 8 0 объект > транслировать %! FontType1-1.0: LLEEJA + III00550 1 13 дикт начать / FontName / LLEEJA + III00550 def / FontType 1 def / FontBBox {-243-495 1004 811} только для чтения def / FontMatrix [0,001 0 0 0,001 0 0] только для чтения по умолчанию / PaintType 0 def / FontInfo 12 dict dup begin / версия (1) только для чтения def / Notice (шрифт III 1B; формат PostScript создан 18 октября 1992 г. 08:39:27) только для чтения def / FullName (МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СИМВОЛЫ) только для чтения def / FamilyName (МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СИМВОЛЫ) только для чтения def / ItalicAngle 0 def / isFixedPitch ложное определение / UnderlinePosition 0 def / UnderlineThickness 0 def / Вес (СРЕДНИЙ) def / BaseFontName (III00550) def конец определения / Кодирование 256 массива 0 1 255 {1 index exch /.notdef put} для dup 32 / поставить пробел dup 33 / EXCLAMATION положить dup 34 / n494e43482d4d41524b положить dup 36 / доллар пут dup 37 / положенный процент dup 38 / AMPERSAND положить dup 39 / Quarteright положить dup 40 / паренлефт положить dup 41 / parenright положить dup 42 / звездочка поставить dup 43 / PLUS положить dup 44 / запятая положить dup 45 / дефис dup 46 / PERIOD put dup 47 / SLASH положить дуп 48 / ноль положить dup 49 / один ход dup 50 / two put дуп 51 / три пут dup 52 / четыре пути дуп 53 / пять пут dup 54 / шесть пут dup 55/7 put dup 56 / восемь пут dup 57 / девять пут dup 58 / COLON положить dup 59 / n53454d492d434f4c4f4e положить dup 60 / n4c4553532d5448414e положить dup 62 / n475245415445522d5448414e положить dup 63 / n5155455354494f4e2d4d41524b поставить dup 65 / A положить dup 66 / B положить dup 67 / C положить dup 68 / D положить dup 69 / E положить dup 70 / F положить dup 71 / G положить dup 72 / H положить dup 73 / я положил dup 74 / J положить dup 75 / K положить дуп 76 / л положить dup 77 / M положить dup 78 / N положить dup 79 / O положить dup 80 / P положить dup 81 / Q положить dup 82 / R положить dup 83 / S положить dup 84 / T положить dup 85 / U положить dup 86 / V положить dup 87 / W положить dup 88 / X положить dup 89 / Y положить dup 90 / Z положить dup 91 / n4f50454e2d425241434b4554 положить dup 93 / n434c4f53452d425241434b4554 положить dup 96 / quoteleft put dup 97 / а пут dup 98 / b положить dup 99 / c положить dup 100 / d put dup 101 / e положить dup 102 / f положить dup 103 / g put дуп 104 / ч положить dup 105 / я положил dup 106 / j положить dup 107 / k положить дуп 108 / л положить дуп 109 / м положить dup 110 / n положить dup 111 / o положить dup 112 / p положить dup 113 / q положить dup 114 / r положить dup 115 / s положить dup 116 / т положено dup 117 / u положить dup 118 / v положить dup 119 / w положить dup 120 / x положить dup 121 / y положить dup 122 / z положить dup 162 / n43454e542d5349474e положить dup 163 / STERLING положил dup 167 / SNAKE положить dup 169 / FOOT положить dup 174 / fi положить дуп 175 / эт положить dup 176 / ff положить dup 177 / endash put dup 178 / DAGGER положить dup 179 / n444f55424c452d444147474552 положить dup 181 / ffi положить dup 182 / n5041524147524150482d5349474e положить dup 183 / n534d414c4c2d42554c4c4554 положить dup 190 / ffl put dup 192 / n4c45414445522d444f54 положить dup 201 / n454d2d554e44455253434f5245 положить dup 202 / DEGREE положить dup 208 / n454d2d44415348 положить dup 209 / n434952434c452d43 положить dup 210 / PESO put dup 211 / n4f50454e2d424f58 поставить dup 212 / DIVISION положить dup 213 / УМНОЖЕНИЕ положить dup 214 / n434152452d4f46 поставить dup 215 / n434952434c452d52 положить dup 216 / ТОВАРНЫЙ ЗНАК put dup 217 / MINUS положить dup 218 / n504c55532d4d494e5553 поставить dup 219 / BULLET put dup 221 / DINGBAT1 положить dup 222 / DINGBAT2 положить dup 223 / DINGBAT3 положить dup 224 / DINGBAT4 положить dup 226 / DINGBAT5 положить dup 228 / DINGBAT6 положить dup 229 / DINGBAT7 положить dup 230 / DINGBAT8 положить dup 236 / DINGBAT9 положить только для чтения def конец текущего дикта текущий файл eexec f16 ֙ oL} xQ + k ! W9fnIkGUfd W [> `C% aN9 ^ Y $ ԐH] BBRoǕgV-iTJ ~) g ﰩ h {R-ÓDo * xsp? A

10 лучших операционных усилителей

Операционный усилитель — или сокращенно «операционный усилитель» — это обычный строительный блок аналоговой электроники.Независимо от того, являетесь ли вы профессиональным дизайнером электроники или только начинаете, вполне вероятно, что вы использовали в своих разработках операционный усилитель.

Изобретенный в 1941 году Карлом Д. Шварцелем-младшим из Bell Labs, операционный усилитель изначально был построен на электронных лампах и был изобретен для выполнения математических операций в аналоговых компьютерах, поэтому он и получил свое название. Теперь операционные усилители используются во всех сферах применения, начиная с обработки сигналов и фильтрации, а также для сложных математических операций, таких как интегрирование и дифференцирование.Они составляют основу многих современных аналоговых электронных схем, поскольку они экономичны, оптимально работают и легко доступны.

Операционные усилители

обычно доступны в виде интегральных схем (ИС). У них есть входные и выходные клеммы, способные выдавать большую версию сигналов напряжения, которые проходят через них. Они могут быть спроектированы так, чтобы действовать как устройство усиления напряжения при использовании с активными компонентами, такими как транзисторы, и пассивными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы, для обеспечения желаемого отклика.

Когда сигналы проходят через дискретные элементы в аналоговой схеме, они имеют тенденцию к уменьшению амплитуды — их уровень напряжения уменьшается, но операционный усилитель может помочь буферизовать и повысить амплитуду таких сигналов, тем самым обеспечивая сигнал, который полезен на выходе. .

Операционные усилители

легко адаптируются и универсальны для многих электронных схем. Они используются в аудио и видео приложениях, регуляторах напряжения, прецизионных схемах, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях и во многих других приложениях.

Выбор операционного усилителя

При разработке приложения, для которого требуется операционный усилитель, важно учитывать требования к конструкции, чтобы убедиться, что вы выбрали правильный.

Разработчикам следует учитывать усиление, входное сопротивление, выходное сопротивление, шум и полосу пропускания, а также следующие факторы, которые следует учитывать при выборе ИС операционного усилителя:

1. Количество каналов / входов

Операционный усилитель может иметь несколько каналов от 1 до 8, причем наиболее распространенные операционные усилители имеют 1, 2 или 4 канала.

2. Прирост

Коэффициент усиления операционного усилителя показывает, насколько больше по величине будет его выход, чем его вход, следовательно, его коэффициент усиления. Обычно это определяется как усиление разомкнутого контура или усиление напряжения большого сигнала .

Бесконечное усиление разомкнутого контура означает, что нулевое напряжение на входе полностью включит или выключит выход, и хотя это кажется непрактичным, в основном это означает, что вы можете быстро переключить выход с включения на выключение, просто слегка изменив входное напряжение.Типичные реальные значения находятся в диапазоне примерно от 20 000 до 200 000.

Усиление напряжения большого сигнала , обычно обозначаемое как AVD, представляет собой отношение изменения выходного напряжения к дифференциальному изменению напряжения на входе, измеренное при постоянном токе — на низкой частоте — с усилителем, вырабатывающим большое выходное напряжение. Обычно его предпочитают коэффициенту усиления по напряжению разомкнутого контура, как правило, в В / мВ. Разница в том, что он измеряется с выходной нагрузкой и, следовательно, учитывает эффекты нагрузки.

3. Входное сопротивление

Это отношение входного напряжения к входному току. В идеале это значение бесконечно, но большинство операционных усилителей, которые сейчас производятся, имеют типичные значения порядка миллионов Ом. Желательно, чтобы входное сопротивление операционного усилителя было достаточно высоким, чтобы передавать все напряжение от входа к цели без потерь. Типичный входной ток утечки составляет несколько пико-миллиампер.

4. Выходное сопротивление

Это полное сопротивление слабого сигнала между выходной клеммой и землей.Обычно он идет последовательно с нагрузкой, тем самым увеличивая выходную мощность, доступную для нагрузки. Выходное сопротивление для идеального усилителя предполагается равным нулю, следовательно, для реальных значений оно должно быть небольшим.

5. Шум

Операционные усилители

имеют внутренние источники паразитного шума. Обычно они измеряются на выходе и ссылаются на вход. Наиболее важным из них является эквивалентное входное шумовое напряжение, часто указываемое e n. Он задается как напряжение, В n , на корень герц на определенной частоте.Желательно, чтобы это значение было как можно меньше.

6. Пропускная способность

Полоса пропускания операционного усилителя — это допустимый диапазон частот входного сигнала, который он может воспроизводить. Идеальный операционный усилитель допускает любую частоту, следовательно, его полоса пропускания бесконечна и может усиливать любой частотный сигнал от постоянного до самых высоких частот переменного тока.

Это не относится к практическим операционным усилителям, которые ограничены определенным диапазоном и плохо работают выше определенной частоты.

Параметр Gain Bandwidth Product (GBP) часто используется для описания предела полосы пропускания операционного усилителя по отношению к его усилению. Он равен частоте, на которой коэффициент усиления усилителя становится равным единице.

7. Номинальная скорость нарастания

Скорость нарастания операционного усилителя — это скорость изменения выходного напряжения, вызванная скачком на входе. Он измеряется как изменение напряжения за заданное время — обычно В / мкс или В / мс. В идеале скорость нарастания операционного усилителя должна быть бесконечной, что позволяет выходу быть точной усиленной копией входа без каких-либо искажений.В реальных приложениях, чем выше значение скорости нарастания, тем быстрее может изменяться выходной сигнал и тем легче воспроизводятся высокочастотные сигналы.

8. Максимальное входное напряжение смещения

Это максимальное дифференциальное напряжение, необходимое на входе для получения выходного напряжения 0 В. В идеале он равен нулю, когда оба входа операционного усилителя равны нулю. Следовательно, он должен быть достаточно маленьким.

9. Максимальное напряжение питания

Следует учитывать допустимый диапазон рабочего напряжения операционного усилителя, следовательно, его максимальное напряжение питания не должно превышаться.

А теперь давайте погрузимся в топ-10 самых загружаемых операционных усилителей на SnapEDA! *

10 лучших операционных усилителей на SnapEDA

# 10 LM741 от Texas Instruments

LM741 — это старый, но классический операционный усилитель общего назначения, выпущенный в 1981 году в 8-контактном корпусе PDIP, CDIP или TO-99 с максимальным напряжением питания ± 22 В. Он имеет большое усиление сигнала по напряжению 200 В / мВ и полосу пропускания до 1 МГц. Его вход и выход имеют защиту от перегрузки.Этот операционный усилитель также не имеет фиксации при превышении синфазного диапазона. Это прямая подключаемая замена для других операционных усилителей, таких как 709C, LM201, MC1439 и 748, в большинстве приложений.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,50 доллара США

Загрузите символ, след и 3D-модель на SnapEDA.

# 9 LM358-N от Texas Instruments

LM358-N — это 2-канальный операционный усилитель промышленного стандарта, доступный в 4 различных 8-выводных корпусах (DSBGA, TO-CAN, SOIC, PDIP) с широким диапазоном напряжения питания от 3 В (± 1.5 В) до 32 В (± 16 В) и полосе усиления 1 МГц. Он имеет низкое входное напряжение смещения 2 мВ и большое усиление напряжения сигнала 100 В / мВ, а его диапазон рабочих температур составляет от 0 до 70 ° C. Этот операционный усилитель очень популярен благодаря своей гибкости, доступности и экономической эффективности.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,48 доллара США

Загрузите символ, след и 3D-модель на SnapEDA.

# 8 LM324 от Texas Instruments

LM324 поставляется с четырьмя операционными усилителями с внутренней компенсацией, все в 14-выводном корпусе SOIC, PDIP или TSSOP.Это маломощный операционный усилитель общего назначения с большим коэффициентом усиления сигнала по напряжению около 100 В / мВ, широкой полосой усиления 1 МГц и входным током смещения не более 250 нА. Он работает от одного источника питания в широком диапазоне от 3 В до 32 В, а также поддерживает двойные источники питания в диапазоне от ± 1,5 В до ± 16 В. Он подходит для усилителей преобразователей, блоков усиления постоянного тока и обычных операционных усилителей.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,21 доллара США

Загрузить Symbol & Footprint на SnapEDA.

# 7 RC4558 от Texas Instruments

RC4558, электрически подобный uA741, представляет собой двойной операционный усилитель общего назначения. Он поставляется в 8-выводном корпусе PDIP, SOIC, SOP, SSOP, TSSOP или VSSOP, имеет низкий входной ток смещения не более 500 нА и диапазон температур от 0 ° C до 70 ° C или от -40 ° C до 85 ° C для RC4558I. Это устройство предназначено для работы и имеет типичное произведение коэффициента усиления на полосу пропускания 3 МГц. Его особенности делают его подходящим для приложений с повторителями напряжения.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,20 доллара США

Загрузить Symbol & Footprint на SnapEDA.

# 6 NE5532 от Texas Instruments

NE5532 (5534 также довольно популярен) — это 2-канальный высокоскоростной звуковой операционный усилитель с низким уровнем шума, который поставляется в 8-контактном корпусе PDIP, SOIC или SOP с широкой полосой усиления 10 МГц и высоким постоянным током. коэффициент усиления по напряжению 100 В / мВ, CMRR этого устройства составляет 100 дБ, а его скорость нарастания составляет 9 В / мс.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,29 доллара США

Загрузить Symbol & Footprint на SnapEDA.

# 5 TL072 от Texas Instruments

TL072 представляет собой двойной малошумящий операционный усилитель общего назначения с полевым транзистором и входом JFET в 8-выводном корпусе PDIP, SOIC, SOP или TSSOP. Он имеет низкий входной ток смещения 200 пА в диапазоне рабочих температур окружающего воздуха от 0 ° C до 70 ° C или от -40 ° C до 85 ° C для TL07xI. Работает от одного источника питания с диапазоном -0.От 3 В до 36 В, а также поддерживает два источника питания с диапазоном ± 18 В. Он имеет широкую полосу усиления 3 МГц. Подходит для высококачественных аудиоустройств и предварительных усилителей звука.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,40 доллара США

Загрузить Symbol & Footprint на SnapEDA.

# 4 OPA2134 от Texas Instruments

OPA2134 — это операционный усилитель с низким уровнем искажений и шума для аудиоприложений, который поставляется в 8-контактном корпусе PDIP или SOIC.Он предназначен для работы от 5 В до 36 В (от ± 2,5 В до ± 18 В) и имеет высокий коэффициент усиления без обратной связи 120 дБ (600 Ом). Этот операционный усилитель с полевым входом и диапазоном рабочих температур окружающего воздуха от 40 ° C до 85 ° C имеет широкую полосу усиления 8 МГц и скорость нарастания напряжения 20 В / мкс. Этот усилитель идеально подходит для обеспечения превосходного качества звука и скорости для исключительного качества звука.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 3,15 доллара США

Загрузить Symbol & Footprint на SnapEDA.

# 3 LM339 от Texas Instruments

LM339 является наиболее часто используемым четырехканальным дифференциальным компаратором, он поставляется в 14-выводном корпусе PDIP, SOIC, SOP, SSOP или TSSOP, рассчитан на работу в диапазоне от 0 ° C до 70 ° C и имеет типичное входное смещение. напряжение и ток 2 мВ и 3 нА соответственно. Он имеет типичный входной ток смещения 25 нА. Подходит для промышленных устройств, генераторов, приложений преобразования логического напряжения и т. Д.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0 долларов США.17 долларов США

Загрузить Symbol & Footprint на SnapEDA.

# 2 OP07 от Analog Devices

OP07 — это операционный усилитель со сверхнизким напряжением смещения (макс. 75 мкВ для OP07E), который поставляется в корпусе типа PDIP-8 или SOIC-8 с низким входным током смещения ± 4 нА и высоким коэффициентом усиления без обратной связи 200 В / мВ. Обычно он имеет полосу усиления 0,6 МГц и диапазон входного напряжения ± 13 В. OP07 является прямой заменой усилителей 725, 108A и OP05 и подходит для измерительных приборов с высоким коэффициентом усиления.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 0,94 доллара США

Загрузите символ, след и 3D-модель на SnapEDA.

# 1 LMH6629 от Texas Instruments

LMH6629 — это высокоскоростной операционный усилитель с обратной связью по напряжению со сверхмалым шумом. Это очень особенное устройство, поскольку оно может работать с большим коэффициентом усиления и при этом обеспечивать исключительную скорость и низкий уровень шума. Поставляется в 8-выводном корпусе WSON или SOT-23. Он имеет полосу пропускания –3 дБ при частоте 900 МГц и скорость нарастания 1600 В / мкс.Он отлично подходит для коммуникационных, контрольно-измерительных, оптических и ультразвуковых систем.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 4,16 доллара США

Загрузите символ, след и 3D-модель на SnapEDA.

Вот и наш список 10 лучших.

Если вы хотите увидеть другую категорию компонентов, сообщите нам об этом в разделе комментариев.

Есть ли у вас другой набор операционных усилителей, которые входят в ваш список? Мы также хотели бы услышать ваши мысли о том, какие факторы вы учитываете при выборе операционного усилителя ниже.

* Эти данные были собраны с помощью аналитики SnapEDA путем просмотра загрузок из библиотеки моделей деталей (символы, контуры и 3D-модели). Ежегодно в SnapEDA оцениваются миллионы деталей, однако, если детали нет в нашей базе данных, она не будет отображаться в этом списке. Мы постоянно увеличиваем охват и периодически обновляем этот список!

Создавайте электронные устройства в мгновение ока. Начать сейчас.

TI ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ЛОМАЕТ БАРЬЕРЫ ИСКАЖЕНИЙ ПРИ РАБОТЕ ОТ ОДНОГО ИСТОЧНИКА 5 ​​В

Компания Texas Instruments Incorporated (TI) анонсировала сегодня операционный усилитель с однополярным питанием на 5 В с наименьшими искажениями в отрасли, предназначенный для приложений, требующих высокой скорости, низкого уровня искажений и шума. THS4304 обеспечивает более высокое разрешение и точность в беспроводной инфраструктуре, медицинской визуализации и в оборудовании для автоматического тестирования и идеально подходит для приложений высокоскоростной обработки сигналов, таких как управление высокоскоростными аналого-цифровыми преобразователями с высоким разрешением, такими как семейство ADS5500.THS4304 — это первый ОУ со стабильным коэффициентом усиления с единичным коэффициентом усиления, созданный на основе революционного процесса производства биполярного биполярного кремний-германия (SiGe) от компании TI BiCom-III.

Низкий уровень шума и искажений для систем с расширенным динамическим диапазоном

Используя один источник питания 5 В, широкополосный операционный усилитель THS4304 обеспечивает лучшую в своем классе производительность, которая может соперничать даже с лучшими операционными усилителями предыдущего поколения, работающими с удвоенным напряжением источника питания.Характеристики по искажениям выдающиеся: гармонические искажения 2-го порядка -85 дБн и гармонические искажения 3-го порядка -100 дБн на 10 МГц и выходном сигнале 2Vpp при нагрузке 100 Ом.

THS4304 обеспечивает полосу пропускания с единичным усилением 3 ГГц, скорость нарастания 830 В / мкс и входной шум 2,4 нВ / rtHz, при этом потребляя всего 18 мА тока покоя при питании 5 В. Топология устройства с обратной связью по напряжению предлагает разработчикам преимущества операционного усилителя с симметричными входами, низким напряжением смещения, низким током смещения и низким дрейфом смещения, а также высоким коэффициентом отклонения синфазного сигнала и источника питания.

Низкий уровень шума и искажений THS4304, наряду с низкими затратами питания устройства, максимизируют его отношение сигнал / шум (SNR) и динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR). Эти факторы позволяют разработчикам достигать высокого динамического диапазона в своих системах, что позволяет создавать более чувствительные беспроводные системы, улучшать диагностические возможности медицинских ультразвуковых аппаратов и повышать разрешающую способность измерительного оборудования.

THS4304 обеспечивает высокопроизводительную аналоговую обработку, которая хорошо сочетается с высокопроизводительными процессорами цифровых сигналов (DSP), такими как платформа TMS320C6000TM DSP, которая предлагает широкий спектр самых быстрых в отрасли процессоров DSP, работающих с тактовой частотой до 1 ГГц.

«THS4304 демонстрирует значительный прогресс TI в технологии, который позволяет реализовать сегодняшнюю тенденцию к работе высокопроизводительных аналоговых схем с низким напряжением и однополярным питанием», — сказал Арт Джордж, вице-президент TI по ​​высокопроизводительному линейному бизнесу. «Это позволяет разработчикам снизить энергопотребление своей системы, одновременно достигнув производительности, необходимой для высокоскоростных цепей сбора сигналов».

О BiCom-III

Объявленный в середине 2002 года процесс BiCom-III SiGe компании TI фокусирует передовые производственные технологии TI на будущих потребностях в высокопроизводительных системах.Этот процесс является первым, в котором комплементарные биполярные транзисторы NPN и PNP интегрированы в процесс SiGe. Комплементарные биполярные транзисторы позволяют использовать множество высокопроизводительных аналоговых и смешанных сигналов, увеличивая скорость до 3 раз и снижая уровень шума почти вдвое. Устройства, разработанные с использованием этого процесса, работают намного быстрее при более низком напряжении и с большим динамическим диапазоном, чем когда-либо прежде.

Источник: TI

Ссылка : ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ TI СНИЖАЕТ БАРЬЕРЫ ИСКАЖЕНИЙ ПРИ РАБОТЕ ОТ ОДНОГО ИСТОЧНИКА 5 ​​В (2004, 23 августа) получено 8 ноября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2004-08-ti-amp-distortion-barriers-v.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Тензометрический датчик-усилитель или инструментальный усилитель с однополярным питанием

Это новый проект, инструментальный усилитель с однополярным питанием и конфигурацией бортового моста, а также усилитель 2.Чип прецизионного опорного напряжения 5 В. Проект может быть настроен для таких приложений, как усилитель термопары, мостовой усилитель, усилитель ЭКГ, датчики давления, медицинские приборы, портативные приборы, усилитель датчика RTD. Проект основан на микросхеме измерительного усилителя INA333 с нулевым дрейфом и выходом на напряжение. Микросхема REF5025AID обеспечивает точное опорное напряжение 2,5 В. Плата может быть сконфигурирована как инструментальный усилитель или как усилитель тензодатчика с небольшими простыми изменениями.

Мы протестировали эту плату как усилитель тензодатчика, схему, спецификации, схему подключения и информацию, представленную ниже.

Тензометрический усилитель

Схема, показанная здесь, представляет собой простой пример тензометрического усилителя в мостовой конфигурации. Эта схема тензодатчика точно измеряет сопротивление тензометрического датчика, размещенного в мостовой конфигурации. Сопротивление тензометрического датчика изменяется в зависимости от приложенной силы, изменение сопротивления прямо пропорционально тому, сколько напряжения датчик испытывает из-за приложенной силы.Изменения сопротивления тензодатчика создают дифференциальное напряжение, которое усиливается инструментальным усилителем INA333. Усилители имеют очень высокий входной импеданс и поэтому вносят незначительную ошибку в отношении сопротивления моста. Выходное напряжение инструментального усилителя будет зависеть от значения датчика и изменения значения сопротивления. Напряжение возбуждения моста и опорное напряжение инструментального усилителя 2,5 В подаются с помощью REF5025. Опорное напряжение в середине источника питания (5 В постоянного тока) смещает выходное напряжение инструментального усилителя, позволяя проводить дифференциальные измерения в положительном и отрицательном направлении. Резисторы синфазного сигнала, R1, R11 и R12, выполняют две основные функции; ограничить ток через мост и установить общий режим инструментального усилителя. Я использовал датчик тензодатчика на 120 Ом, и поэтому я выбрал мостовые резисторы R4, R5 и R9 также 120 Ом, чтобы соответствовать импедансу датчика. Согласование резисторов моста с сопротивлением тензодатчика дает дифференциальное напряжение моста 0 В, когда сопротивление тензодатчика находится на своем номинальном значении.Рекомендуется использовать резисторы с очень низким допуском, чтобы минимизировать ошибку смещения и усиления из-за мостовых резисторов. Рабочий источник питания 5 В постоянного тока, светодиод питания D1, перемычка J1 на печатной плате замкнута. Подключение датчика CN2, вход питания CN1 и выход датчика, резистор R3 100 Ом устанавливает коэффициент усиления усилителя прибл. 1001.

Примечание. Я использовал тензометрический датчик на 120 Ом, но можно использовать другой датчик сопротивления, некоторые доступные датчики имеют сопротивление 350 Ом, 1000 Ом и 3000 Ом. Если используется другое номинальное сопротивление, резисторы моста должны быть выбраны в соответствии с номинальным сопротивлением тензодатчика.Выходное напряжение схемы будет зависеть от манометрического коэффициента датчика.

Характеристики

  • Источник питания 5 В постоянного тока
  • Выход от 230 мВ до 4,7 В постоянного тока
  • Тензодатчик Номинальное сопротивление 120 Ом
  • Колебания сопротивления пятномера от 115 Ом до 125 Ом
  • Датчик манометрического коэффициента 5%
  • Напряжение возбуждения моста и опорное напряжение 2,5 В постоянного тока
  • Размеры печатной платы 26,99 x 19,21 мм

Тензодатчик

  • Номер детали Digi-Key: MMF002504-ND
  • Производитель: Micro-Measurements (подразделение Vishay Precision Group)
  • Номер детали производителя: MMF002504
  • Описание: ДАТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ EA-06-250BG-120 / LE
  • Подробное описание: линейный тензодатчик ± 5% 0.250 ″ (6,35 мм) 0,125 ″ (3,18 мм)
  • Тип рисунка: линейный
  • Диапазон деформации: ± 5%
  • Сопротивление: 120 Ом
  • Допуск сопротивления: ± 0,15%

Что такое тензодатчик?

Тензодатчик — это датчик, сопротивление которого зависит от приложенной силы. Изменение сопротивления прямо пропорционально тому, какое напряжение испытывает датчик из-за приложенной силы. Датчики тензорезистора доступны в различных типах, конфигурации и разного размера и сопротивления.

Сопротивление датчика

Электрическое сопротивление между двумя металлическими выводами, выводами для пайки или концами кабеля для подключения измерительного кабеля называется сопротивлением тензодатчика. Доступны тензодатчики с сопротивлением 120 Ом, 350 Ом, 700 Ом, 1000 Ом или 3000 Ом.

Измерительный коэффициент датчика

Калибровочный коэффициент k тензодатчика — это коэффициент пропорциональности между относительным изменением сопротивления DR / R0 и измеряемой деформацией e: DR / R0 = k · e измерительный коэффициент, безразмерное число, иногда также называется k-фактором.Этот коэффициент измерения определяется для каждой производственной партии путем измерения и указывается на каждой упаковке тензодатчиков как номинальное значение с допуском. Коэффициенты измерения варьируются между производственными партиями всего на несколько тысячных долей.

Дополнительная информация о датчике манометра: https://www.omega.com/en-us/resources/strain-microstrain

Плата как инструментальный усилитель

Проект также может быть сконфигурирован как дифференциальный измерительный усилитель для различных приложений.Важнейшие контакты INA333 легко доступны с помощью соединительных разъемов для других устройств или датчиков. Опустите R1, R4, R5, R9, R11, R12, выберите R3 или R2 и PR1 для регулировки усиления усилителя, выберите R6, R7, резисторы 0 Ом, а дифференциальные контакты + I и -I доступны в качестве входа. Разомкните перемычку J1, если опорное напряжение не требуется.

Схема

Список деталей

Подключения

Гербер Вью

Фото

Видео