| Условные обозначения параметров компараторов | ||||||||||||||
| Обозначение | Описание | |||||||||||||
| К (В/мВ) | Коэффициент усиления К (в тысячах) | |||||||||||||
| E см (мВ) | Напряжение смещения нуля | |||||||||||||
| U др.(мкВ/C) | Дрейф К | |||||||||||||
| I вх (нА) | Входной ток К | |||||||||||||
| I вх (нА) | Разность входных токов входов К | |||||||||||||
| TK Ib (нА/C) | Дрейф входного тока К | |||||||||||||
| TK Ib (нА/C) | Дрейф разности входных токов входов К | |||||||||||||
| K сф (дб) | Коэффициент подавления синфазного сигнала | |||||||||||||
| K вп (мкВ/В) | Коэффициент влияния напряжения питания (изменение смещения нуля при изменении напряжения питания) | |||||||||||||
| Tз/Uп (нс/мВ) | Время срабатывания компаратора при перевозбуждении Uп | |||||||||||||
| U дф(В) | Величина предельного дифференциального напряжения | |||||||||||||
| U сф(В) | Величина предельного синфазного напряжения | |||||||||||||
| U вых(В) | Размах выходного напряжения при номинальном напряжении питания | |||||||||||||
| E пит(В) | Номинальное напряжение питания | |||||||||||||
| I п. (мА) | Потребляемый ток при номинальном напряжении питания | |||||||||||||
| Параметры компараторов | ||||||||||||||
| Наимен. | Описание | К В/мВ | Есм мВ | Uдр мкВ/C | I вх. нА | dIвх нА | Kсф дб | Tз/Uп нс/мВ | Uдф В | Uсф В | Uвых | E пит. В | I п. мА | Прим. |
| 521СА1 | Сдвоенный компаратор с общим выходом со стробами | 0.75- | 3.5 | – | 75000 | 10000 | 70 | 110/5 | 5 | 4 | ТТЛ | +12,-6 | 11.5 | – |
| К521СА1 | Сдвоенный компаратор с общим выходом со стробами | – | 7.5 | – | – | – | – | 120/5 | – | – | ТТЛ | +12,-6 | – | – |
| 521СА2 | Компаратор | 5 | – | 75000 | 10000 | 70 | 120/5 | 5 | 4 | ТТЛ | +12,-6 | – | – | |
| К521СА2 | Компаратор | 0.75- | 7.5 | – | – | – | – | 130/5 | – | – | ТТЛ | +12,-6 | – | – |
| 521СА3 | Универсальный компаратор с регулируемым выходным уровнем | 150- | 3 | – | 100 | 10 | 70 | 300/10 | 15 | 15 | – | +15,-15 | 6.0 | – |
| 521СА4 | Быстрый компаратор с прямым и инверсным выходами со стробом, с регулируемым выходными уровнями | – | 6 | – | 2000 | 750 | – | 25 | 4 | 5 | ТТЛ | +9,-9,+5 | 4.0,8.5,18 | – |
| 521СА5 | Быстрый компаратор со стробом | 1.5- | 3 | – | 3000 | 1000 | – | 30/50 | – | – | ТТЛ | +12,-6 | 5.3 ,2.7 | – |
| 521СА6 | Сдвоенный компаратор | 30- | 3 | – | 1000 | 100 | – | 160/5 | – | – | – | +12,-12 | 2.5,5.0 | – |
| К554СА1 | Сдвоенный компаратор с общим выходом со стробами | 0.7- | 7.5 | – | 75000 | 10000 | 70 | 120/5 | 5 | 4 | ТТЛ | +12,-6 | 11.5,6.5 | – |
| 554СА2 | Компаратор | 0.75- | 7.5 | – | 75000 | 10000 | 70 | 120/5 | 5 | 4 | ТТЛ | +12,-6 | 9.0,8.0 | – |
| 554СА3А | Универсальный компаратор с регулируемым выходным уровнем | 150- | 3 | – | 100 | 10 | 70 | 300/10 | 15 | 15 | – | +15,-15 | 7.5,5.0 | – |
| 554СА3Б | Универсальный компаратор с регулируемым выходным уровнем | 150- | 7.5 | – | 250 | 50 | 70 | – | – | – | – | – | – | – |
| К554СА6 | – | 7.5 | – | 1000 | 200 | – | 150/ | – | – | ТТЛ | +12 | 5 | MAL319 | |
| 597СА1 | Быстрый компаратор с прямым и инверсным выходами ЭСЛ с защелкой | 65дб | 3 | 10 | 10000 | 1000 | 80 | 6.5/5 | – | 3.3 | ЭСЛ | +5,-6 | 21.5,27.5 | AM685 |
| 597СА2 | Быстрый компаратор с прямым и инверсным выходами ТТЛ с защелкой | – | 3 | – | 10000 | 1000 | 80 | 12/5 | – | 2.7 | ТТЛ | +5,-6 | 42,34 | AM686 |
| 597СА3 | Два компаратора широкого применения | – | 5 | – | 250 | 100 | 70 | 300/5 | – | 12 | – | +15,-15 | 5.2,2.0 | – |
| 597СА4A | Быстрый компаратор | – | 5 | – | 20000 | 5000 | 80 | 2/ | 3.2 | 2.5 | – | +5,-5.2 | 22,32 | VC7695 |
| 597СА4Б | – | 5 | – | 20000 | 5000 | 80 | 3/ | 3.2 | 2.5 | – | +5,-5.2 | 22,32 | VC7695 | |
| 1040СА1 | 2 компаратора широкого применения | 50- | 5 | – | 250 | 50 | – | 3000/ | – | – | – | 2.2-16 | 2.5 | LM393 |
| КФ1053СА1 | 2 компаратора напряжения | 50- | 5 | – | 250 | 50 | – | 3000/ | – | – | – | 2.2-16 | 2.5 | |
| КФ1053СА2 | 4 компаратора напряжения | 50- | 5 | – | 250 | – | – | 3000/ | – | – | – | 2.2-16 | 2.5 | |
| 1121СА1 | 4 компаратора широкого применения | 50- | 3 | – | 2000 | 400 | – | 120/ | – | – | – | +12,-12 | 30,15 | – |
| 1401СА1 | 4 компаратора широкого применения | 50- | 5 | 250 | 50 | – | 3000 | – | – | – | +/-15 | 2 | LM139 | |
| 1401СА2 | 4 компаратора широкого применения | 50- | 7 | – | 250 | 50 | – | 3000 | – | – | – | +/-15 | 2.5 | – |
| 1401СА3 | 2 компаратора широкого применения | 50- | 5 | – | 250 | 50 | – | 3000 | – | – | – | 3-33 | 2 | LM393 |
| К1401УД6 | ОУ и компаратор среднего класса с однополярным питанием | 50- | 5 | – | 250 | 50 | 65 | 600б/с 3000м/с | – | – | – | 5 | 2 | ОУ и компаратор |
Входной полномасштабный усилитель для КМОП-компараторов и операционных усилителей с низким напряжением питания Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
УДК 681.324.687
Радиотехника и связь
ВХОДНОЙ ПОЛНОМАСШТАБНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ КМОП-КОМПАРАТОРОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ С НИЗКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПИТАНИЯ
В.С. Кононов
Проведен анализ входного диапазона синфазных напряжений и переходных характеристик наиболее известных полномасштабных усилителей. Установлено, что при низких напряжениях питания 1,8 В ± 5% и типовых пороговых напряжениях около 0,9 В входной диапазон составляет всего 0,9-1,3 В в зависимости от типа усилителя. Показано, что полномасштабные усилители на основе двух дифференциальных пар РМОП и ММОП транзисторов фактически не имеют внутреннего участка шкалы с одинаковой переходной характеристикой, на котором РМОП и ММОП транзисторы одновременно активны. В полномасштабных усилителях другого типа с одной дифференциальной парой внутренний участок шкалы составляет около 400 мВ, что достигнуто ценой ухудшения входного сопротивления. В статье рассматривается новый полномасштабный усилитель с входным диапазоном, равным напряжению питания, и высоким входным сопротивлением. Предложено два варианта усилителя, которые отличаются наличием нейтрализатора помех в одном из этих вариантов. Усилители предназначены для использования при создании низковольтных компараторов и ОУ
Ключевые слова: КМОП, усилитель, диапазон, компаратор, ОУ
Входной диапазон синфазных напряжений (шкала) в большинстве современных низковольтных КМОП-компараторов и операционных усилителей (ОУ) с однополярным питанием обычно меньше напряжения питания, что в ряде случаев создает проблемы при проектировании таких изделий. Одним из таких случаев является двухсекционный безконденсатор-ный 12-разрядный КМОП-АЦП со складывающей архитектурой (по английски – folding), напряжением питания 1,8 В ± 5% и частотой преобразования 1 ГГц (рис. 1). В этом АЦП с 24 компараторами на входе каждой секции и ОУ на выходе 1 секции (на рис.12
ЦС
АС ■
Рис.1. Блок-схема 12-разрядного КМОП-АЦП: ■ аналоговый сигнал; ЦС – цифровой сигнал
Кононов Владимир Сергеевич – ОАО «СКТБ ЭС», канд. техн. наук, науч. сотрудник, тел. 8(473)223-46-79
Понятно, что при таких условиях на входе 1 секции невозможно использовать не только обычные дифференциальные усилители, но и известные, так называемые, полномасштабные (по английски – гаП4о-гаП) каскады, как, например, каскад, показанный на рис. 2 [1]. Недостатки «полномасштабных» каскадов хорошо известны. Они характеризуются ухудшением линейности на краях входной шкалы, когда происходит резкое замедление переходной характеристики при переходе из внутренней части шкалы, в которой РМОП- и КМОП-транзисторы одновременно активны.
— Вх-
-Вых2+ “Вых2-
Рис. 2. Типовой «полномасштабный» каскад
В каскаде, показанном на рис. 3 [2], обеспечивается некоторое расширение внутреннего участка шкалы за счет использования внутреннего ОУ на основе 4 МОП-транзисторов с общим истоком. Однако достигнутый таким образом выигрыш на практике не превышает ~ 200 мВ для каждого края шкалы.
Кроме того, как видно из рис. 3, входные цепи каскада содержат последовательно соединенные резисторы и МОП-транзисторы обоих типов. При таком подходе трудно обеспечить высокое входное сопротивление, которое необходимо для хорошего согласования этого каскада с другими схемами.
Рис. 3. Полномасштабный каскад с расширенной шкалой
Целью данной статьи является создание истинно полномасштабного усилительного каскада, свободного от недостатков каскадов (рис. 2, 3).
Наилучшим решением является истинно полномасштабный усилитель (рис. 4).
Как видно из этого рисунка, в каждом плече усилителя используются две пары РМОП- и NМОП-транзисторов, одни из которых соединены с входами Вх+, Вх_, а другие – с входом Вхссн. Такое соединение транзисторов позволяет плавно перераспределять токи между транзисторами в каждой паре при изменении входных напряжений от 0 до ип. Когда один из транзисторов отсекается, например, РМОП-
транзистор в верхней паре левого плеча усилителя при ип – ивх+ < и0, другой транзистор из этой пары «забирает» на себя весь ток, протекающий в левом плече при ивх+ > ип – и0. Аналогичным образом происходит перераспределение тока между нижними NМОП-транзисторами при ивх+ < и0.
Благодаря плавному перераспределению токов переходная характеристика усилителя (рис. 4) сохраняется практически одинаковой на всех участках шкалы, где оба транзистора, подключенные к входу Вх+ или Вх-, активны или активен только один из них.
Несмотря на очевидные достоинства, усилитель (рис. 4) имеет один недостаток, который не позволяет обеспечивать подавление входных помех как это осуществляет обычный дифференциальный усилитель. В самом деле, если посмотреть на электрическую схему (рис. 4), то можно увидеть, что предложенный усилитель фактически представляет собой комбинацию двух инвертирующих усилителей, практически автономных по отношению друг к другу.
Рис. 4. Электрическая схема истинно полномасштабного усилителя:
Вхссн – вход стабилизации синфазного напряжения на выходе усилителя
Для устранения отмеченного недостатка такой усилитель целесообразно использовать совместно с дифференциальным усилителем на его выходе, который будет выполнять функцию нейтрализатора помех и, при необходимости, обеспечивать дополнительное усиление полезного сигнала (рис. 5).
Как показали исследования, общее усиление двухкаскадного усилителя (рис. 5) без обратной связи может достигать 20-36 дБ при использовании транзисторов с минимальной длиной каналов 0,18-0,2 мкм. В этом случае полоса частот единичного усиления составляет около 1,8-2,2 ГГц. При увеличении длины каналов в
2-3 раза усиление возрастает до 40-80 дБ, что, одновременно, приводит к уменьшению полосы единичного усиления практически во столько же раз.
Выводы.
1. Предложенный усилитель имеет истинно полномасштабную шкалу и линейную переходную характеристику, благодаря плавному перераспределению токов между транзисторами. Однако прямое использование усилителя не
ип
Вх+
обеспечивает подавление внешних помех.
2. Для подавления внешних помех предложенный усилитель целесообразно использовать совместно с обычным дифференциальным усилителем на его выходе, добавление которого приводит к образованию полноценного двухкаскадного усилителя с истинно полномасштабным входом.
Вых+
Рис. 5. Двухкаскадный усилитель с входным истинно полномасштабным каскадом
Литература
1. Кестер У. Аналого-цифровое преобразование [Текст] : монография / У. Кестер; пер. с англ. Е.Б. Володина. – М.: Техносфера, 2007. – 1016 с.
2. Duque-Carrillo J.F. 1-V Rail-to-Rail Operational Amplifiers in Standard CMOS Technology [Text] / J.F. Duque-Carrillo and el // IEEE JSSC. – 2000. – Vol. 35. – №>. 1. – P. 33-44.
ОАО «Специализированное конструкторско-технологическое бюро электронных систем», г. Воронеж
INPUT RAIL-TO-RAIL AMPLIFIER FOR CMOS-COMPARATORS AND OPERATIONAL AMPLIFIERS WITH LOW SUPPLY VOLTAGE
V.S. Kononov, Candidate of Technical Sciences, Research Officer, JSC SKTB ES, Voronezh, Russian Federation, email: [email protected]
Analysis of input common-mode voltage range and transfer functions of well-known rail-to-rail amplifiers is done. It is found, that at low supply voltage of 1,8 ± 5% and typical threshold voltages of 0,9 V, input voltage range is 0,9-1,3 V depending on type of amplifier. It is shown, that rail-to-rail amplifiers based on two differential pairs of PMOS and NMOS transistors, don’t have internal scale area with similar transfer function, where PMOS and NMOS transistors are simultaneously in active region. In rail-to-rail amplifiers with one differential pair internal scale area is about 400 mV, which is achieved at the cost of input resistance reduction. New rail-to-rail amplifier with input voltage range equal to supply voltage and high input resistance is considered in this paper. Two versions are offered, one of which has noise neutralizer. Amplifiers are intended for use in low-voltage comparators and operational amplifiers
Key words: CMOS, amplifier, range, comparator, operational amplifier
References
1. Kester W. Analogo-cifrovoe preobrazovanie [Analog-Digital Conversion] / W. Kester – Moscow. – Techno-sphera, 2007. – 1016 p.
2. Duque-Carrillo J.F. 1-V Rail-to-Rail Operational Amplifiers in Standard CMOS Technology [Text] / J.F. Duque-Carrillo and el // IEEE JSSC. – 2000. – Vol. 35. – №. 1. – P. 33-44.
На TL071 оно вообще непонятно как работает. Нужен ОУ, допускающий нулевое входное напряжение при однополярном питании. Например, уже упомянутый LM358. | | |
TEX, и не забудьте о тщательной экранировке для такого уровня сигнала. | | |
вообщето такая схема обычно плывет прилично… если не применять спец оу с прецизиоными малыми смезщениями и микродрейфом входных токов | | |
m-blik: и не забудьте о тщательной экранировке Не требуется. | | |
Коэфф. усиления 1000 по постоянному току, а напряжение смещения у LM358 несколько милливольт, он же не прецизионный. Ну и входные токи ещё. Поэтому при нуле на входе на выходе может быть в том числе Uпит. Либо уменьшайте коэфф. усиления, либо ищите прецизионный rail-to-rail ОУ, либо переделывайте на компаратор с порогом порядка 10 мВ. (и вообще непонятно, то ли линейный усилитель Вам нужен, то ли компаратор). | | |
boo2: либо ищите прецизионный rail-to-rail ОУ Есть OP07 с распая. Может чем нибудь помочь? Покупку ОУ по запредельным ценам не рассматриваю принципиально. Все должно быть из ширпотреба. boo2: (и вообще непонятно, то ли линейный усилитель Вам нужен, то ли компаратор) Сам не знаю что мне надо. Склоняюсь что все таки компаратор. | | |
Что представляет собой датчик? | | |
TEX: Есть OP07 с распая. Может чем нибудь помочь? Не особо. OP07 не предназначен для работы с околонулевым Uвх при однополярном питании (как и TL071). TEX: Склоняюсь что все таки компаратор. Правильно, линейный УПТ тут как собаке пятая лапа. Либо компаратор типа LM393, либо ОУ в режиме компаратора; 25 мВ не так уж мало, для работы в режиме компаратора тут не нужно что-то шибко прецизионное. Большое значение имеет сопротивление источника сигнала. Влияет на то, надо заморачиваться входными токами ОУ/компаратора или нет. Простой вариант – оставляете LM358, обратную связь убираете вообще или оставляете там только конденсатор. На инвертирующий вход при помощи делителя подаёте примерно 20 мВ. Неинвертирующий заземляете через 10..33 кОм, чтобы входной ток ОУ не дал слишком большое смещение. Чуть сложнее – добавляете гистерезис за счёт слабой положительной ОС. Если нужно большее входное сопротивление, придётся думать о компенсации входных токов, которые у LM393/LM358 достигают десятков наноампер, либо брать ОУ/компаратор с полевиками на входе. Только не любой, а который умеет работать с Uвх = 0 при однополярном питании. В частности, это умеют все rail-to-rail. | | |
Тема называется- | | |
Компарация. TEX: надо сделать чтоб при подачи 0,025 вольт срабатывало реле. | | |
Мультивибратор на оу с однополярным питанием
ПОС в компараторе на ОУ образована резисторами R2, R3. При этом часть выходного напряжения подается на неинвертирующий вход ОУ. Времязадающая цепь образована емкостью С и сопротивлением R. На вход подается импульс запуска положительной полярности, дифференцирующая цепочка R1, С выделяет фронты импульса, а диод пропускает на вход U+ ОУ только передний положительный фронт.
Рис. 10.12. Схема ждущего мультивибратора на основе компаратора (а)
и временные диаграммы его работы (б)
Пусть изначально выход компаратора находится в насыщении и UВЫХ = 0. Конденсатор С разряжен через диод VD2 до уровня, не превышающего величины падения напряжения на прямо смещенном p-n-переходе и соответствующего примерно 0,6 В. При появлении на входе положительного перепада не менее 0,6 В происходит рассогласование компаратора. За счет ПОС, напряжение которой на неинвертирующем входе определяется выражением
, он переключается, т.е. переходит в режим отсечки с UВЫХ = U.Цепь разряда конденсатора С блокируется высоким потенциалом UВЫХ, и он начинает заряжаться до напряжения
по цепи UВЫХ→R→С→земля. При UС = U─ > U+ снова происходит рассогласование компаратора и его быстроеопрокидывание в исходное состояние за счет ПОС, а конденсатор С быстро разряжается через открывшийся диод. Длительность формируемого импульса определяется выражением t = 0,7. 0,9R × C.
10.3. Схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
и аналого-цифрового преобразователя (АЦП)
При ШИМ с заданной периодичностью формируются импульсы, длительность которых пропорциональна амплитуде входного сигнала. Принцип ШИМ часто используется при построении АЦП.
Рис. 10.13. Принцип ШИМ
Схемы ШИМ строят на основе одновибраторов путем замены времязадающей цепи на управляемые источники тока. Это обеспечивает высокую точность задания длительности импульса пропорционально величине UВХ.
Структурная схема АЦП приведена на рис. 10.14.
Рис. 10.14. Структурная схема АЦП
Напряжение UВХ подается на схему ШИМ, формирующей импульсы переменной длительности. На схеме «И» эти импульсы заполняются тактовой последовательностью с частотой f и поступают на счетчик, формирующий двоичный изменяющийся код, зависящий от амплитуды входного напряжения. При каждом запуске схемы ШИМ содержимое счетчика переносится в регистр, а сам счетчик обнуляется.
Рассмотренный процесс иллюстрируется на рис. 10.15.
Рис. 10.15. Временные диаграммы работы схемы АЦП
Контрольные вопросы к лекции
1. На чем основана работа простейшего компаратора?
2. Какие недостатки и каким образом устраняет триггер Шмитта?
3. Чем определяется напряжение гистерезиса в триггере Шмитта?
4. Какое условие необходимо для обеспечения опрокидывания дискретной схемы триггера Шмитта?
5. За счет чего обеспечивается генерация колебаний в мультивибраторе?
6. За счет чего обеспечивается запуск и опрокидывание схемы одновибратора?
7. В чем заключается принцип ШИМ?
8. В чем заключается принцип работы схемы АЦП?
Ждущий мультивибратор (ЖМВ) – это генератор одиночных прямоугольных видеоимпульсов (отсюда его второе название – одновибратор). В интервале между импульсами (во время пауз) ЖМВ находится в устойчивом «дежурном» режиме, вывести из которого его можно только с помощью короткого импульса запуска. После формирования одиночного прямоугольного импульса ЖМВ возвращается в устойчивое состояние самопроизвольно, без внешнего воздействия. Таким образом, схема ЖМВ является моностабильной (т. е. имеет одно устойчивое состояние, а другое – неустойчивое). Схемы мультивибраторов сильно различаются топологически в зависимости от того, какие активные элементы входят в них.
| Рис. 10.1 |
Схема ждущего мультивибратора на ОУ приведена на рис. 10.1, а диаграммы напряжений, поясняющие ее работу, – на рис. 10.2.
Мультивибратор состоит из регенеративного компаратора (в составе ОУ и резистивного делителя R2–R3), зарядной цепи, состоящей из сопротивления R1, конденсатора C1 и диода VD1, а также из цепи запуска (дифференцирующей цепи C2–R4 и диода VD2в качестве ограничителя снизу). Так как выход всего ЖМВ совпадает с выходом компаратора, то очевидно, что выходной сигнал может принимать значения ±Е (равные напряжениям источников питания ОУ).
Во время пауз между импульсами выходное напряжение равно –Е, при отрицательном выходном напряжении диод VD1 исключает возможность заряда конденсатора C1. Так как Uвых = –Е, то из-за наличия делителя R2–R3 потенциал неинвертирующего входа ОУ равен
= +ЕR3(R2 + R3) = –gЕ,а потенциал инвертирующего входа
= 0, так как диод VD1 открыт и шунтирует конденсатор C1.| Рис. 10.2 |
После подачи на неинвертирующий вход ОУ положительного запускающего импульса с амплитудой, по модулю превосходящей –gЕ, компаратор в составе ЖМВ срабатывает, на выходе ЖМВ устанавливается напряжение Uвых = +Е. Начинается формирование прямоугольного импульса. Диод VD1 закрывается и начинается заряд конденсатора С1 через сопротивление R1 в направлении +Е (с постоянной времени С1R1). На неинвертирующем входе фиксируется потенциал
= = +ЕR3(R2 + R3) = +gЕ. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигает значения +gЕ, компаратор снова срабатывает (на сей раз без подачи сигнала запуска), формирование импульса завершается, на выходе восстанавливается напряжение Uвых = –Е, а заряд, накопленный на конденсаторе C1, быстро стекает через диод VD1, который вновь открывается в прямом направлении. После этого схема окончательно возвращается в исходное состояние.Схема рис. 10.1 формирует положительные импульсы амплитудой 2Е (для формирования отрицательных импульсов необходимо развернуть оба диода, имеющиеся в схеме). Длительность импульса, формируемого ЖМВ на ОУ, определяется всеми основными элементами схемы: τ = С1R1ln(l + R2/R3), время восстановления τв = 3С1rVDотк. Период импульсов на выходе ЖМВ равен периоду импульсов запуска, но не может быть меньше, чем (τ + τв).
Дата добавления: 2016-10-07 ; просмотров: 3894 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Основой схемы мультивибратора (рис. 9.3, а) служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью. Автоколебательный режим работы создается за счет подключения к инвертирующему входу времязадающей цепи из конденсатора С и резистора R. Принцип действия схемы иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис. 9.3, б.
Допустим, что перед включением питания конденсатор С разряжен то нуля, и тогда после включения питания на выходе ОУ установится, например, максимальное положительное напряжение U + вых.max, поддерживаемое действием положительной обратной связи с выхода ОУ на прямой вход через резистор R1. Это напряжение поступает на цепочку RC, создавая ток заряда конденсатора С. Напряжение UC на конденсаторе, подключенном к инвертирующему входу ОУ, начинает увеличиваться. На прямой вход ОУ поступает напряжение UR2с делителя R1, R2, подключенного к выходу ОУ. Когда напряжение UC на конденсаторе С чуть превысит напряжения на UR2 на делителе R1, R2 (это соответствует состоянию на входах ОУ Uпр — Uинв — вых.max. Одновременно с этим напряжение UR2 на делителе R1, R2 изменит свой знак на противоположный.
С этого момента начинается перезаряд конденсатора С в обратном направлении, так как на цепочку RC поступает уже отрицательное напряжение с выхода ОУ. Напряжение на конденсаторе UC уменьшается и когда оно станет чуть меньше напряжения UR2 (что соответствует состоянию на входах ОУ Uпр — Uинв > 0), ОУ возвратится в состояние с максимальным положительным напряжением U + вых.max. Далее процессы в схеме повторяются.
Частота следования импульсов симметричного мультивибратора
Время tи можно определить по длительности перезаряда конденсатора С в цепи с резистором R и напряжением, меняющимся от -UR2 до +UR2
Таким образом, частота выходных импульсов мультивибратора зависит от постоянной времени t = RC времязадающей цепи и коэффициента передачи цепи положительной обратной связи e = R2/(R1+R2).
Ждущий мультивибратор (одновибратор) на ОУ
Одновибраторы предназначены для формирования прямоугольного импульса требуемой длительности при воздействии на входе схемы короткого запускающего импульса. Одновибраторы имеют два устойчивых состояния, одно из которых устойчивое (режим ожидания), а второе – неустойчивое. Неустойчивое состояние наступает с приходом входного запускающего импульса. Оно продолжается некоторое время, определяемое задающей цепью, после чего одновибратор возвращается в исходное устойчивое состояние. Выходной импульс формируется в результате следования одного за другим двух тактов переключения схемы.
На рис. 9.4, а приведена наиболее распространенная схема одновибратора на ОУ, на рис. 9.4, б – временные диаграммы его работы.
Основой схемы одновибратора служит схема мультивибратора рис. 9.3, а, в которой для создания ждущего режима работы параллельно конденсатору С подключен диод VD1. Для запуска одновибратора предназначена цепочка С1, R3, VD2. Цепочка С1, R3 дифференцирует (укорачивает) входной импульс, а диод VD2 выделяет положительную составляющую продифференцированного импульса.
В исходном состоянии напряжение на выходе ОУ равно U — вых.max, что определяется напряжением положительной обратной связи, поступающим на прямой вход ОУ с делителя R1, R2. Напряжение на инвертирующем входе, равное падению напряжения на диоде VD1 от протекания прямого тока по цепи c резистором R, близко к нулю.
Входной импульс в момент времени t1 переводит ОУ в состояние U + вых.max. На прямой вход ОУ поступает положительное напряжение UR2 с делителя R1, R2, удерживающее его в этом состоянии. Выходное напряжение положительной полярности вызывает процесс заряда конденсатора С в цепи с резистором R. Когда напряжение UC в момент времени t2 становится чуть больше, чем UR2, ОУ возвращается в исходное состояние с выходным напряжением U — вых.max.
После момента времени t2 в схеме наступает процесс восстановления исходного напряжения на конденсаторе UC = 0, который обусловливается изменившейся полярностью напряжения на выходе ОУ. Процесс восстановления заканчивается в момент t2 тем, что напряжение на конденсаторе достигает напряжения отпирания диода VD1.
Длительность импульса, формируемого одновибратором, равна
Время восстановления напряжения (t2— t3) на конденсаторе С определяется выражением
Из приведенных выражений видно, что tи > tвосст. Это является одним из достоинств схемы, так как процесс восстановления исходного состояния схемы должен быть завершен к приходу очередного запускающего импульса.
Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 868 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
Строим робота-охотника за светом. Создаем робота-андроида своими руками [litres]
Читайте также
Строим солнечный двигатель
Строим солнечный двигатель Солнечный двигатель часто используется в качестве бортового источника тока, применяемого в BEAM-роботах, которых часто называют «живущими» роботами (см. обсуждение BEAM-роботов в главе 8). Свое распространение солнечные двигатели получили
Изготовление робота-тестера
Изготовление робота-тестера Я назвал конструкцию этого небольшого устройства роботом-тестером. В основе ее лежит небольшой электрический автомобиль, который можно приобрести менее чем за $10 (см. рис. 5.47). Рис. 5.47. ТестерПринципиальная схема робота-тестера изображена на
Усовершенствование робота-тестера
Усовершенствование робота-тестера Когда я разрабатывал конструкцию робота-тестера, то предполагал что большинство проверяемых датчиков будет использовано в конструкциях миниатюрных моделей. Однако вышло по-другому. В процессе конструирования различных
Рука робота, управляемая УРР
Рука робота, управляемая УРР В гл. 15 будет рассмотрен еще один вариант интерфейса, управляющий рукой
Строим черепаху Вальтера
Строим черепаху Вальтера Мы можем воспроизвести большинство функций знаменитой черепахи Вальтера. Используемая нами программа имитирует работу нейронов, использованных в оригинальной конструкции. Для изготовления шасси потребуются некоторые слесарные работы.
Список компонентов для робота-черепахи Вальтера
Список компонентов для робота-черепахи Вальтера • (1) 300×300 мм лист металла толщиной 0,4–0,6 мм• (1) 3х 12х 300 мм алюминиевая полоса• (1) сервомотор с крутящим моментом 1,3 кгс• (1) двигатель с редуктором 1:100• винты и гайки 3 мм• винты и гайки 2 мм• (1) 3х 12х 810 мм алюминиевая
Список деталей робота – устройства телеслежения
Список деталей робота – устройства телеслежения • (1) Миниатюрная цветная видеокамера с приемником и передатчиком диапазона 2,4 ГГц• (1) Дополнительный батарейный отсек• (1) Система пропорционального радиоуправления (приемник/передатчик – два канала, кварцевые
Создание шагающего робота
Создание шагающего робота Существует много моделей небольших заводных шагающих игрушек. Такие игрушечные «пешеходы» передвигают ногами вверх-вниз и вперед-назад с помощью кулачковых механизмов. Хотя такие конструкции вполне способны «шагать», а некоторые делают это
Конструкция робота
Конструкция робота За основу «тела» робота я взял лист алюминия размерами 200х75х0,8 мм. Сервомоторы прикреплены к передней части пластины (см. рис. 11.7). Разметка отверстий под сервомоторы должна быть скопирована с чертежа и перенесена на лист алюминия. Такое копирование
Список деталей конструкции шагающего робота
Список деталей конструкции шагающего робота • Сервомоторы• Микроконтроллеры 16F84• Алюминиевые полосы• Алюминиевый лист• Прутки и гайки с резьбой 3 мм• Пластиковые винты, гайки и шайбыДетали можно заказать в:Images Company39 Seneca LoopStaten Island, NY 10314(718)
Конструкция робота
Конструкция робота Первым делом нужно обратить внимание на корпус устройства. Он должен быть прозрачным и иметь достаточные размеры для размещения редуктора и электрических схем. В прототипе был использован сферический корпус диаметром 140 мм. Стыкующиеся из половин
Список деталей для изготовления робота-солнечного шара
Список деталей для изготовления робота-солнечного шара • (1) Прозрачная пластиковая сфера 140 мм (см. выше текст настоящей главы).• (1) Редуктор (см. выше текст настоящей главы)• (1) Стержень из твердого пластика длиной 150 мм диаметром 12 мм• (1) Пластиковая трубка длиной 75 мм,
Список деталей для робота-рыбы
Список деталей для робота-рыбы • R1 33 кОм• R2 и R6 100 Ом• R3 470 Ом• R5 10 кОм• R7 15 кОм• Q2 транзистор NPN 2N2222• Q3 TIP 120 NPN Darlington• IC1 таймер 555• C1 и C2 22 мкФ• С3 0,01 мкФ• Кольцевой соленоид $5,95• Q1 2N2646 UJT $5,95• Алюминиевая полоса 3х12х150 мм• Алюминиевая полоса 3х30х50 ммДетали можно заказать
Обучение робота
Обучение робота Робот действует по программе. Вначале изучают траекторию движения руки робота, затем «обучают» его самого и составляют программу самостоятельной работы. Кратко рассмотрим этапы обучения.Перемещения, которые должна совершить рука робота, фиксируют при
Внутренний мир робота
Внутренний мир робота Чтобы выполнить план своих действий, роботу нужно прежде всего иметь представление о внешнем мире. Если бы окружающая среда была статичной, было бы легко принимать решения и выполнять план своих действий. Однако она беспрерывно изменяется. В ней
ADA4084-2 Техническое описание и информация о продукте
Подробнее о продукте
ADA4084-1, ADA4084-2 и ADA4084-4 – это одноканальный, двухканальный и четырехканальный операционные усилители (ОУ) с полосой 10 МГц, однополярным питанием и rail-to-rail диапазонами входных и выходных напряжений (размах напряжения до напряжений питания). Они гарантированно обеспечивают заявленные в спецификации характеристики при работе с напряжением питания в диапазоне от 3 В до 30 В (или от ±1.5 В до ±15 В).
Данные усилители хорошо подходят для систем с однополярным питанием, в которых одновременно требуются хорошие статические и динамические характеристики. Благодаря комбинации широкой полосы, низкого шума и высокой точности ADA4084-1/ADA4084-2/ADA4084-4 представляют интерес для широкого спектра областей применения, включая фильтры и измерительную технику.
К другим возможным областям применения этих усилителей относятся портативное телекоммуникационное оборудование, схемы защиты и управления для источников питания, а также усиление или буферизация сигналов датчиков, обладающих широким диапазоном выходных напряжений. Усилители с rail-to-rail диапазоном входных напряжений необходимы при работе с такими датчиками, как, например, датчики на эффекте Холла, пьезоэлектрические и резистивные датчики.
Поддержка усилителем rail-to-rail диапазона напряжений и по входу, и по выходу позволяет разработчикам, например, проектировать многокаскадные фильтры в системах с однополярным питанием и поддерживать высокие значения отношения сигнал-шум.
ADA4084-1/ADA4084-2/ADA4084-4 работают в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +125°C. Одноканальный усилитель ADA4084-1 выпускается в 5-выводных корпусах SOT-23 и 8-выводных корпусах SOIC, двухканальный усилитель ADA4084-2 выпускается в 8-выводных корпусах для поверхностного монтажа SOIC, MSOP, и LFCSP, а ADA4084-4 – в 14-выводных корпусах TSSOP и 16-выводных LFCSP.
ADA4084-1/ADA4084-2/ADA4084-4 являются представителями растущего семейства высоковольтных ОУ с низким шумом, предлагаемых компанией Analog Devices.
Области применения
- Измерительные приборы с питанием от батарей
- Измерения в цепях высокого/низкого напряжений
- Схемы защиты и управления для источников питания
- Системы связи
- Усиление выходных сигналов ЦАП
- Буферизация входных сигналов АЦП
Операционный усилитель в режиме компаратора
Компараторы, не имеющие внутреннего гистерезиса, в принципе могут использоваться в качестве операционных усилителей в низкочастотных схемах. Это удобно при применении многоканальных компараторов, таких, как LM139, в тех случаях, когда схема содержит несколько компараторов и один усилитель. Можно также использовать один из компараторов микросхемы в качестве ОУ для реализации источника опорного напряжения.
Применение компараторов в качестве ОУ ограничено в основном двумя обстоятельствами: сложностью обеспечения устойчивости при наличии отрицательной обратной связи и асимметрией выхода. Для устойчивой работы приходится ограничивать полосу пропускания компаратора (с помощью внешних корректирующих цепей) несколькими килогерцами, что чрезвычайно снижает скорость нарастания выходного напряжения. Компараторы не имеют внутренней частотной коррекции или выводов для подключения внешних корректирующих элементов, хотя часто содержат три каскада усиления напряжения (а это сильно ухудшает условия устойчивости. Поэтому частотная коррекция должна осуществляться внешними цепями. На Рис. 11 показана наиболее простая схема коррекции для компаратора LM139, при которой параллельно выходу компаратора включается конденсатор довольно большой емкости.
| Рис. 11. Схема усилителя на компараторе LM139 | Рис. 12. Частотные характеристики усилителей на основе компаратора LM139 |
Рис. 13. Усилитель на интегральном компараторе с внешним
умощняющим транзистором и фазоопережающей коррекцией
Видно, что полоса пропускания усилителя ограничена частотой 100 Гц. Цепь обратной связи Rx и R2 определяет коэффициент усиления, равный 101. Схема имеет малую нагрузочную способность из-за большого сопротивления резистора Rq. В ы х о дможет быть умощнен внешним транзистором VT, включенным по схеме с общим коллектором. Полоса пропускания усилителя, выполненного по этой схеме, может быть расширена до 20 кГц применением более сложной схемы коррекции с фазоопережением (Рис. 13).
Логические элементы
Многие компараторы представляют собой логические схемы с широким диапазоном легко настраиваемых уровней. Это позволяет обеспечить более высокую помехоустойчивость по сравнению с обычными логическими элементами. Кроме того, разработчик может оказаться в ситуации, когда в корпусе многоканальной ИМС может остаться неиспользуемый компаратор, который можно включить как логический элемент с тем, чтобы не вводить дополнительную логическую микросхему.
Логические элементы
Элемент И/И-НЕ
Трехвходовая схема И представлена на Рис. 14.
Рис. 14. Схема И(ИЛИ) на компараторе
Делитель на резисторах R1 и R2 устанавливает опорное напряжение на инвертирующем входе компаратора
(4.21)
На неинвертирующий вход поступает сумма напряжений на логических входах Х1 Х2, Х3, поделенная делителями напряжения на резисторах R3, R4, R5 и Аб. При равенстве сопротивлений входных резисторов /? 3 = Л4= Л5= R напряжение на неинвертирующем входе КР равно
— (4.22)
Если высокий уровень входных сигналов совпадает с напряжением питания схемы Г8, а низкий — с нулем, то (при наличии на входе двух сигналов высокого уровня из трех) необходимая величина опорного напряжения определяется неравенством
(4.23 )
Если требуются равные запасы помехозащищенности «сверху» и «снизу», то
из (4.23) с учетом (4.21) получим
(4 24)
С увеличением числа входов помехозащищенность схемы уменьшается, поэтомувместо резистивной входной цепи лучше включить обычную диоднуюсхему И. В таком случае следует установить опорное напряжение равным половине Vs. Для преобразования этой схемы в И-НЕ достаточно поменять местами подключение входов компаратора. Для ускорения переключения можно ввести небольшой гистерезис.
16 сентября 2019
Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Мы публикуем перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.
Многие разработчики (и я тоже) иногда используют операционные усилители в качестве компараторов. Обычно так происходит, когда нужен только один простой компаратор, и у вас остался «запасной» операционный усилитель в микросхеме, содержащей четыре ОУ в одном корпусе. Фазовая компенсация, необходимая для устойчивой работы операционного усилителя, приводит к тому, что из ОУ может получиться только очень медленный компаратор. Однако если требования по быстродействию являются скромными, то ОУ может быть достаточно. Иногда возникают вопросы по такому режиму использованию ОУ. В то время как некоторые операционные усилители работают нормально, другие работают не так, как ожидалось. Давайте разберемся, почему так происходит.
Многие операционные усилители имеют защитные ограничительные диоды, подключенные между входами. Чаще всего используют параллельное включение двух разнонаправленных диодов. Они защищают переход «база-эмиттер» входных транзисторов от обратного пробоя. Для многих ИС пробой перехода «база-эмиттер» начинается при подаче дифференциального входного напряжения около 6 В. Это приводит к повреждению транзисторов или нарушению их работы. На рисунке 73 защиту входного каскада из NPN-транзисторов обеспечивают диоды D1 и D2.
Рис. 73. Внутренние дифференциальные ограничительные диоды, подключенные между входами, предотвращают повреждение транзисторов, но могут помешать работе ОУ в режиме компаратора
В большинстве схем с операционными усилителями входное напряжение близко к нулю, и защитные диоды никогда не включаются. Но очевидно, что эти диоды могут стать проблемой при работе ОУ в режиме компаратора. Мы имеем ограниченный дифференциальный диапазон напряжения (около 0,7 В), при превышении которого один вход будет перетягивать другой, подтягивая его напряжение. Это не исключает возможность работы ОУ в качестве компаратора, но здесь требуется выполнение ряда условий. Эти условия в некоторых схемах могут быть абсолютно неприемлемыми.
Проблема заключается в том, что TI и другие производители операционных усилителей не всегда сообщают о наличии защитных диодов в документации. Даже когда информация о них присутствует, все равно нет четкого предупреждения о возможных проблемах. Наверное, следовало бы прямо говорить: «Будьте осторожны при использовании данного ОУ в качестве компаратора!». На самом деле авторы документации часто предполагают, что операционный усилитель будет использоваться только по прямому назначению. Мы провели встречу с нашей командой разработчиков и решили, что в будущем будем сообщать пользователям о потенциальных проблемах более четко. Но как быть с уже существующими ОУ? Ниже приведены некоторые рекомендации, которые могут помочь.
В большинстве случаев операционные усилители со входными NPN-транзисторами имеют защитные диоды. Примерами могут служить OP07, OPA227, OPA277 и многие другие. Исключением является старый усилитель μA741. У него, кроме входных NPN-транзисторов, имеются дополнительные последовательно включенные PNP-транзисторы, которые обеспечивают встроенную защиту для NPN (рисунок 74).
Рис. 74. ОУ с дополнительными последовательно включенными PNP-транзисторами лучше подходят для работы в качестве компаратора
Усилители общего назначения со входными PNP-транзисторами обычно не имеют встроенных ограничительных диодов (рисунок 75). В качестве примера можно привести LM324, LM358, OPA234, OPA2251 и OPA244. Обычно это ОУ с однополярным питанием “single-supply”, у которых диапазон входных синфазных напряжений начинается от нуля или даже немного ниже. Такие ОУ можно легко распознать: для них в документации указывается отрицательное значение входного тока смещения, то есть он вытекает из усилителя. Стоит особо отметить, что высокоскоростные ОУ со входными каскадами из PNP-транзисторов обычно имеют встроенные ограничительные диоды, так как эти транзисторы имеют невысокое напряжение пробоя.
Рис. 75. LM324 на базе PNP-транзисторов с высоким пробивным напряжением лучше подходит для работы в качестве компаратора
Усилители с JFET- и КМОП-входами, которые работают с более высокими напряжениями (до 20 В и более), могут как иметь, так и не иметь защитных диодов. Для них требуется дополнительная проверка. Особенности технологии изготовления и вид используемых транзисторов определяют, присутствуют ли внутри защитные диоды или нет.
У большинства низковольтных КМОП-усилителей нет встроенных диодов. Существует особое исключение для ОУ с автоматической коррекцией нуля (Auto-zero или чоппер), которые ведут себя так, как будто имеют встроенные защитные диоды.
И в заключение хочется сказать, что если вы рассматриваете возможность использования ОУ в качестве компаратора, будьте осторожны. Получите максимум информации из документации, в том числе вынесенной в примечания. Проверяйте поведение схемы на макете или прототипе, контролируйте взаимное влияние входов. Не полагайтесь на результаты моделирования со SPICE-макромоделями. Некоторые макромодели могут не включать дополнительные компоненты, симулирующие защитные диоды. Кроме того, особенности поведения, возникающие при подаче напряжений, близких к границе допустимых входных диапазонов, могут быть смоделированы неточно.
Список ранее опубликованных глав
Переведено Вячеславом Гавриковым по заказу АО КОМПЭЛ
Вообще говоря, сделать из операционного усилителя хороший компаратор невозможно. Чтобы получить оптимальные характеристики и не тратить дополнительное время на отладку, лучше всего использовать специализированную микросхему компаратора.
Компаратор – отличная схема, поскольку обеспечивает почти идеальный переход от аналогового сигнала к цифровому. Компаратор выглядит как устройство с двумя линейными входными сигналами, уровень цифрового выхода которого может быть либо высоким, либо низким, в зависимости от соотношения входных сигналов. Просто, но очень полезно.
Если в вашем устройстве должна быть подобная схема, лучше всего использовать микросхему компаратора, предназначенную именно для таких приложений. Однако многим разработчикам известно, что стандартный операционный усилитель (ОУ) также можно использовать в качестве компаратора. Это особенно привлекательно в тех случаях, когда в устройстве остается незадействованный ОУ, и его использование не потребует ни дополнительных затрат, ни места на печатной плате.
Однако, весьма вероятно, что получившийся из ОУ компаратор не оправдает ваших ожиданий, и его характеристики, возможно, будут далеки от оптимальных. Ошибки, обусловленные непрофессиональным подходом, могут привести к тому, что время разработки и отладки намного превысит планируемое. Лучше всего, если вам нужен компаратор, и вы хотите избежать проблем и получить наилучший возможный результат, использовать микросхему компаратора.
В чем реальные различия между операционным усилителем и компаратором?
Основные различия между ними следующие:
- Встроенные цепи фазовой коррекции, необходимые для обеспечения устойчивости ОУ, делают устройство слишком медленным для операций переключения.
- Входные каскады ОУ обычно защищены диодами или дополнительными транзисторами, которые нередко препятствуют использованию ОУ в схеме компаратора.
- Выходной каскад ОУ рассчитан на использование в линейном режиме. При двуполярном питании его выходное напряжение изменяется от одной шины питания до другой, и для использования в цифровых схемах требует смещения уровней.
- Выходной каскад истинного компаратора сконструирован для работы в режиме насыщения со стандартными логическими уровнями сигналов. Часто его выход делается по схеме с отрытым коллектором (стоком).
- Для установки коэффициента усиления и других характеристик схемы ОУ обычно включается с резисторами обратной связи. Компаратор, как правило, работает с разомкнутой петлей, то есть, без обратной связи.
- По сравнению с ОУ компараторы имеют меньшие времена задержки и очень высокую скорость нарастания выходного напряжения.
Несмотря на внешнее сходство, две схемы различны и предназначены для разных приложений.
Так можно ли использовать ОУ в качестве компаратора? [1] Возможно. Многие инженеры используют. Нередко так делают, когда требуется лишь один компаратор, а в корпусе счетверенного ОУ остался «свободный» усилитель. Необходимая для устойчивой работы ОУ фазовая коррекция означает, что такой компаратор будет очень медленным, но если особых требований к быстродействию не предъявляется, может быть достаточно и операционного усилителя. Иногда такой подход вполне приемлем, но в некоторых случаях он непригоден.
Работа компаратора
Один из способов разобраться с работой компаратора – изучить базовую конфигурацию ОУ, показанную на Рисунке 1а. Усилитель имеет очень большой коэффициент усиления без обратной связи (AOL >> 1000). То, что он усиливает, – это разность между двумя входами V1 и V2. Выходное напряжение равно
Из-за высокого коэффициента усиления для положительного или отрицательного насыщения выхода большого входного дифференциального сигнала (V2 – V1) не требуется. Например, при напряжении источника питания ±5 В и коэффициенте усиления без обратной связи, равном 100,000, выходное напряжение достигнет шины питания при дифференциальном входном сигнале с уровнем 5/100,000 = 50 мкВ или выше. Передаточная характеристика вход-выход изображена на Рисунке 1б.
| Рисунок 1. | Операционный усилитель в инвертирующем включении (а) и его передаточная характеристика вход-выход (б). | |
Истинный компаратор работает от одного источника питания, как правило, того же, который используется для цифровой логики. Выход через подтягивающий резистор подключен к шине питания (Рисунок 2а). На входы компаратора поданы опорное напряжение VREF и сигнал VIN, уровень которого сравнивается с опорным уровнем. В качестве опорного и сигнального может использоваться любой из двух выходов компаратора. Обычно опорное напряжение постоянно, а входной сигнал изменяется. Компаратор может включаться в двух основных конфигурациях:
Операционный усилитель– Компаратор напряжения с ОУ с одной шиной питания Операционный усилитель
– Компаратор напряжения с ОУ с одной направляющей – Обмен электротехническими стекамиСеть обмена стеков
Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.
Посетить Stack Exchange- 0
- +0
- Авторизоваться Зарегистрироваться
Electrical Engineering Stack Exchange – это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.
Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществуКто угодно может задать вопрос
Кто угодно может ответить
Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх
Спросил
Просмотрено 400 раз
\ $ \ begingroup \ $Я планирую установить компаратор напряжения с операционным усилителем с одной направляющей, и мне было интересно, нужно ли мне еще присоединять диод к выходу, потому что он одинарный, а не двойной.Я бы подумал, что операционный усилитель будет производить выходной сигнал только тогда, когда входное напряжение выше опорного напряжения, а не ниже его, поскольку это одна шина. Это правильно?
Создан 25 сен.
Хейли Хейли2333 бронзовых знака
\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $Да, это правильно.Обычно операционный усилитель с однополярным питанием насыщается совсем рядом с отрицательной шиной. Если отрицательная шина заземлена, то она сама по себе не может выдавать напряжение ниже земли.
Не все операционные усилители подходят для использования в качестве компараторов. Некоторые, например, действительно имеют диоды между входами. Восстановление от насыщения также может быть довольно медленным.
Создан 25 сен.
Спехро Пефани290k1212 золотых знаков240240 серебряных знаков606606 бронзовых знаков
\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $Я бы подумал, что операционный усилитель будет производить выходной сигнал только тогда, когда входное напряжение выше опорного напряжения, но не ниже его, так как это одинарный рельс.Это правильно?
Нет, это неправильно – операционный усилитель будет вырабатывать выходное напряжение при ВСЕХ обстоятельствах (кроме случаев сгорания). С другой стороны, компаратор может (обычно или нет) иметь выход с открытым коллектором, и когда он «открыт», выходное напряжение не определено.
С другой стороны, не существует такой вещи, как ОУ с одной направляющей. Операционные усилители не имеют соединения 0 В, они просто работают на двух входах и не понимают промежуточную шину или 0 В.
Создан 25 сен.
Энди он же Энди339k1919 золотых знаков279279 серебряных знаков594594 бронзовых знака
\ $ \ endgroup \ $ Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScriptВаша конфиденциальность
Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.
Принимать все файлы cookie Настроить параметры
% PDF-1.5 % 412 0 объект > / OCGs [430 0 R] >> / PageLabels 405 0 R / Pages 407 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 444 0 объект > поток конечный поток эндобдж 405 0 объект > эндобдж 407 0 объект > эндобдж 408 0 объект > эндобдж 409 0 объект > эндобдж 59 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 65 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 69 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 77 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 80 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 83 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 86 0 объект > / ExtGState> / Font> / Pattern> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 292 0 объект > / Resources> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / Thumb 334 0 R / TrimBox [0.0 0,0 612,0 792,0] / Тип / Страница >> эндобдж 293 0 объект > поток HW ێ # ‘M`qx # 䡷 ճ ӱ4K ٬>) yJ❅HU., ~ F ~ ƨ QGeTN% ԚaR ߫ G ߾ {oǣzg ۽ LF9IŒGee * g \ Ը% / jC_) ee6% Qsc ~ 8s⫮! ErT3ym] RkM SҙU {ORX4ea8 ߉ EYʁ2AkʺAEg91a4 ~ Eй`e | SxBYPB # pvNH # ymN {Ihe
Лучшие 5 операционных усилителей (ОУ) Texas Instruments
- Electronics
- General Electronics
21 июля 2020 г. Команда SnapEDA
Операционный усилитель или широко известный как Op Amp – это устройство, состоящее из инвертирующих и неинвертирующих входов с выходным напряжением усиления.Судя по названию, это устройство в основном используется для усиления сигнала , а также может использоваться как компаратор напряжения , фильтр, повторитель напряжения и (буфер) .
Если вы выбираете лучший усилитель для своего следующего проекта, Texas Instruments предлагает широкий спектр операционных усилителей, которые можно настроить как инвертирующий усилитель с однополярным питанием, либо как усилитель с раздельным / двойным питанием, либо как неинвертирующие операционные усилители, и все они доступно на SnapEDA.
Это топ-5 самых скачиваемых операционных усилителей Texas Instruments на SnapEDA!
- LM358-N Двойной стандартный операционный усилитель
– одинарное напряжение питания от 3 до 32 В или двойное питание ± 1.От 5 В до ± 16 В
– Выходной ток 20 мА (типовой)
– Полоса пропускания 1 МГц (типовой)
- LMV358 Операционный усилитель с двумя низковольтными выходами Rail-to-Rail
– Напряжение питания от 2,7 В до 5,5 В
– Выходной ток 60 мА (номинал)
– Полоса пропускания 1 МГц (типовая)
- LM324 4-канальный промышленный стандартный операционный усилитель
– одинарное напряжение питания от 3 до 32 В или двойное питание ± 1.От 5 В до ± 16 В
– Выходной ток 40 мА (тип.)
– Полоса пропускания 1,2 МГц (тип.)
- LM10 Операционный усилитель и опорное напряжение
– Напряжение одного источника питания от 1,1 В до 40 В
– Выходной ток 20 мА (тип.)
– Полоса пропускания 0,05 МГц (тип.)
- OP07 Одиночный операционный усилитель с низким смещением напряжения (0,25 мВ)
– одиночное напряжение питания от 5 В до 44 В
– Скорость нарастания 0.3 В / мкс (тип.)
– Полоса пропускания 0,6 МГц (тип.)
Создавайте электронные устройства в мгновение ока. Начать сейчас.
Компаратор напряжения LM311 – журнал DIYODE
Эта ИС представляет собой способ с малым количеством компонентов для сравнения двух напряжений сигнала или сигнала и опорного сигнала и включения или выключения выхода.
Компараторывыполняют очень специфическую работу, которая дает производителям некоторые преимущества, которые могут быть не сразу очевидны. Сравнение напряжений или переключение на пороге может быть выполнено с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в Arduino и Raspberry Pi, но мы обсудим позже некоторые очень веские причины, по которым вы можете захотеть сделать это извне.
Мы уже сталкивались с компаратором раньше, когда обсуждали операционные усилители (операционные усилители), и мы даже делали их из операционных усилителей в проектах.Однако интегральная схема (ИС) LM311 – это специализированное устройство, которое выполняет только эту работу и делает ее хорошо. Конечно, не каждый читатель будет знаком с операционными усилителями или предыдущими статьями, поэтому вот очень краткое резюме.
Операционные усилители – это ИС с высокоомными входами, что означает, что они чувствительны к напряжению, а не к току. Один вход является инвертирующим, а другой – неинвертирующим, что означает, что положительное напряжение на инвертирующем входе вызовет отрицательное напряжение на выходе, а положительное напряжение на неинвертирующем входе вызовет положительное напряжение на выходе.Обратное также верно. Операционные усилители часто питаются от положительного и отрицательного источника питания с разделенными шинами с нулевым заземлением посередине, что позволяет им работать как положительно, так и отрицательно. В одинарных рельсах устраивается синтетический грунт.
Операционные усилителиможно использовать как компаратор, в котором один вход сравнивается с другим, а на выходе устанавливается высокий или низкий уровень в зависимости от ситуации на входах. Операционные усилители имеют много других режимов работы, но в этой статье речь идет о компараторе.
Обычно это делается с помощью делителя напряжения для получения известного напряжения и последующей подачи его на один из входов. Другой используется для измерения целевого сигнала, например напряжения на датчике. Выходной сигнал будет высоким или низким, в зависимости от настройки, когда напряжение датчика поднимется выше или ниже опорного значения.
Компараторы напряжения, такие как LM311, делают это с высокой точностью, быстрым откликом и минимальным количеством внешних компонентов. LM311 разработан с учетом универсальности, поскольку он может работать в диапазоне напряжений питания, включая +/- 15 В постоянного тока и + 5 В постоянного тока для логических цепей.К сожалению, минимальное рабочее напряжение исключает работу 3,3 В. Выходы имеют достаточно высокий рейтинг, чтобы управлять некоторыми нагрузками без дополнительного усиления.
Как всегда, полезно иметь копию таблицы данных производителя микросхемы. Мы всегда резюмируем наиболее актуальную информацию для нашей аудитории производителей, но в таблицах данных всегда есть больше. Мы использовали документ LM111 / LM211 / LM311 компании Texas Instruments, отредактированный в марте 2017 года. Хотя спецификации должны быть одинаковыми для всех производителей, расположение информации и объем информации могут отличаться.
Примечание. Чтобы узнать больше об операционных усилителях, вы можете обратиться к нашим предыдущим статьям в классе, включая «Операционные усилители – суперэлектронный строительный блок» из выпуска 7, январь 2018 г. или «Операционные усилители … еще раз» из выпуска 13, Июль 2018.
Хотя мы очень кратко описали работу компараторов, здесь мы дадим немного более подробную информацию. Базовый компаратор имеет пять соединений: инвертирующий вход, неинвертирующий вход, а также выход, положительный источник питания и отрицательный источник питания.Поскольку LM311 может работать от однорельсового питания, и мы собираемся использовать его таким образом, мы будем двигаться вперед именно так.
В базовом операционном усилителе измеряемым параметром является разность напряжений между двумя входами. Разница в том, что усиливается и передается на выход, а не в фактических напряжениях на входах. В компараторе разница не измеряется как таковая, а сравнивается, и выход полностью включен или полностью выключен в зависимости от разницы между входами.
Если напряжение на неинвертирующем входе больше положительного, чем напряжение на инвертирующем входе, выход включен.Если напряжение на неинвертирующем входе меньше положительного, чем напряжение на инвертирующем входе, выход выключен. Другими словами, если разница между входами положительная, выход полностью включен, независимо от того, насколько велика или мала разница.
Здесь есть нюанс. В большинстве случаев выход либо полностью включен, либо выключен. Однако есть небольшой участок отклика около порога пересечения эталона, где отклик фактически не является абсолютным.
Вы нечасто увидите это на практике, но мы столкнулись с этим при разработке проекта световой банки, основанного на схеме Класса этого месяца. График на рис. 8 в таблице данных показывает, что имеется короткий крутой отклик, который является почти линейным. Полный эффект охватывает менее милливольта на входе, поэтому он не будет беспокоить большинство пользователей слишком часто.
ИСТОЧНИК: Texas InstrumentsОбратите внимание, что мы не включили в эти схемы подключения источника питания.Это связано с тем, что информация действительна для компараторов в целом, в том числе для компараторов, изготовленных с внешними компонентами от дискретных операционных усилителей, независимо от того, работают ли они от биполярного (с двумя шинами) или от униполярного (с одной шиной) питания.
Это также означает, что напряжения на обоих входах могут быть отрицательными, но пока разница положительная, выход включен.
Для большинства производителей подходят варианты блоков питания LM311. Он будет легко работать с минимальными усилиями от одинарного источника питания + 5 В, чего нельзя сказать обо всех операционных усилителях и компараторах.Хотя большинство операционных усилителей и их производных можно заставить работать от одной шины, эти устройства, предназначенные для этого, упрощают проектирование схем. Потребление тока различается для разных ситуаций с питанием, но было измерено на рабочем столе как 1,19 мА от источника питания + 5 В без нагрузки.
LM311 – довольно старое устройство, и максимальный входной дифференциал (разница между напряжениями на входах) составляет 30 В (+/- 15 В). Это заметно меньше, чем напряжение питания 36 В (+/- 18 В), и иногда указывается как фактор, отвлекающий от устройства.Это может быть правдой для инженеров, но для большинства производителей это не имеет значения.
Большинство наших проектов питаются от 5 В или 12 В, с небольшим количеством проектов на 24 В. Поскольку это обычно однорельсовые источники питания, в этих случаях не будет ситуации, когда разрыв между максимальной входной разностью и максимальным напряжением питания станет проблемой. Это по-прежнему хороший выбор, потому что он прочный, простой и очень легко доступен для розничной продажи. Немногие другие компараторы можно купить без рецепта в местном магазине электроники.
Как и все операционные усилители и производные от них устройства, LM311 имеет входы с очень высоким импедансом, с максимальным требуемым входным током 300 нА, при типичном значении 100 нА. Время переключения также варьируется в зависимости от условий входа и выхода, но все цифры в таблицах и графиках таблицы данных ниже 200 нс, и даже при больших диапазонах напряжения питания и сигнала наибольшее значение, которое мы нашли в любой литературе, было менее 1 мс для полного размаха .
На упрощенной схеме показан выход LM311 как N-канальный транзистор с открытыми выводами коллектора и эмиттера.Он может обрабатывать максимум 40 В при 50 мА, что означает, что он может переключать многие реле самостоятельно или использоваться с внешним транзистором для переключения больших нагрузок.
Глядя на функциональную блок-схему на странице 10 таблицы данных, можно увидеть, что на выходе задействовано больше транзисторов и несколько резисторов. Поскольку выход не является действительно плавающим транзистором, нагрузка должна быть привязана к Vcc +, GND или Vcc-, в зависимости от источника питания и требований проекта.Для наших целей выход эмиттера подключается прямо к земле, а нагрузка подключается к коллектору. Хотя есть и другие способы использования этих контактов и причины для их соответствия, они выходят за рамки данной статьи.
На розничном рынке LM311 поставляется в 8-контактном пластиковом корпусе с двойным расположением выводов (DIP). Возможно, удастся найти и версии для поверхностного монтажа, но мы не смогли найти для них австралийского продавца. Существуют и другие пакеты, указанные в таблицах данных, с которыми вы можете столкнуться при поиске, если покупаете не у наших постоянных поставщиков.Обычно они доступны только на коммерческой основе.
Для однорельсового питания вывод Vcc- становится контактом заземления, в то время как контакт Vcc + сохраняет свою роль. Другими выводами, которые могут потребовать дальнейшего объяснения, являются выводы BALANCE и BAL / STRB. Балансирный штифт используется для внешнего смещения неинвертирующего входа. Все производимые устройства имеют степень допуска, с которой мы знакомы по резисторам и транзисторам. LM311 ничем не отличается, а балансирный штифт используется для ручной регулировки при пересечении нуля.Хотя хорошо знать, что это делает, в схемах производителей он не часто используется.
Вывод баланса / строба имеет дополнительную функцию – его заземление отключает выход независимо от состояния входа. Это можно использовать как ручную коррекцию для отключения выхода. Хотя мы будем использовать выключатель питания для отключения нашей сборки позже в схеме, вход строба может быть полезен для схем на основе микроконтроллеров, где LM311 может использоваться в качестве цифрового входа.
Как правило, два контакта оставляют неподключенными или закорачивают вместе, чтобы избежать ложного срабатывания.
На практике использовать компаратор довольно просто. На один из входов необходимо подать опорное напряжение, и это обычно делается с помощью делителя напряжения. На другой вход подается контролируемое напряжение. В большинстве приложений опорное напряжение подключается к неинвертирующему входу, а контролируемый сигнал подключается к инвертирующему входу.
Поскольку мы ориентируемся на использование одинарной шины питания, контакт Vcc + подключается к положительной шине питания, а Vcc- подключается к земле или шине 0 В.Эмиттер выхода должен подключаться к земле, а коллектор – к отрицательной стороне нагрузки. Помните, что выход может выдерживать ток 50 мА, поэтому, если ваша нагрузка не ограничена этим или ниже по току, вам нужно будет либо использовать транзистор, либо ограничить ток нагрузки с помощью резистора, если это возможно.
Обратите внимание, что, поскольку выход LM311 представляет собой N-канальный транзистор, существует несколько способов увеличения тока на выходе. На схеме 4A мы использовали транзистор PNP.Отображается текущий поток в ВЫСОКОМ состоянии (выход включен).
На схеме 4B мы использовали транзистор NPN. Как правило, транзисторы NPN не используются в качестве переключателей на стороне высокого напряжения, потому что ток базы должен течь через эмиттер на землю, а это может быть проблематично.
Использование их в качестве переключателя нижнего плеча также может привести к довольно небольшому сопротивлению транзистора в его «включенном» состоянии, что дает несовершенное заземление, если вы включаете или выключаете всю схему с помощью выходного транзистора.Светодиод не будет заботиться, но микроконтроллер или другая чувствительная схема, вероятно, будет. Таким образом, переключатель высокого напряжения подходит для определенных приложений, а транзистор PNP следует использовать для переключателя высокого уровня.
Возможно использование NPN-транзистора в качестве переключателя высокого напряжения. Однако, если в управляемой цепи есть что-то, что означает, что базовый ток не может легко течь на землю, например, в цепи с высоким сопротивлением или с обратной ЭДС от индуктивной нагрузки, транзистор не будет работать правильно.
В прошлом мы использовали транзистор NPN в качестве переключателя высокого напряжения с очень простыми нагрузками с низким сопротивлением, такими как светодиоды. Иногда это делается по редакционным причинам, а не по техническим причинам.
В простых схемах может быть сложно придумать что-то, чего еще нигде не существует, и выполнение таких вещей, как создание переключателя высокого напряжения с NPN, а не PNP-транзистора, может помочь избежать слишком большого сходства с уже опубликованным материалом. Так что, хотя вы можете видеть, что это сделано, это не должно быть первым откликом.
* Указано количество, возможна продажа упаковками. Вам также понадобится макетная плата и оборудование для создания прототипов, а также блок питания по выбору в пределах допустимого напряжения. Подойдет обычный настольный блок питания или блок питания на 12 В.
Мы собираемся представить очень простую сборку в этом месяце, но мы собираемся модифицировать ее по мере продвижения. Мы будем использовать его, чтобы изучить поведение LM311 с различными конфигурациями входа. Схема будет нашей отправной точкой, а результат останется прежним.Это просто светодиод, который сообщает нам, что происходит. Мы будем использовать LDR в качестве входного датчика, сначала с делителем напряжения с фиксированным резистором, а затем с потенциометром, дающим переменное опорное напряжение.
Сборка особенно проста, потому что мы собираемся использовать то, что узнали, в отдельном проекте. В выпуске №039 наш проект Firefly Light Jar использует LDR с компаратором LM311 для включения светодиодной цепочки, когда уровень окружающего освещения упал до выбранного уровня. Обязательно зацените.
Мы обнаружили, что LDR различаются, поэтому вам может потребоваться изменить номинал резистора R1 в соответствии с требованиями. Наш LDR измерял сопротивление 141 Ом на полном зимнем солнце и более 40 МОм в полной темноте при наличии только подсветки мультиметра в комнате. В тени за окнами в солнечный день мы измерили 850 Ом, а если приложить руку к поверхности LDR в тех же условиях, мы получили 4348 Ом. По этой причине мы сделаем наш делитель напряжения с LDR и резистором 2,4 кОм.
Сначала соедините макетную плату и компоненты, как показано на схеме, и подключите ее.
Обратите внимание, что происходит, когда вы закрываете LDR. Сколько вам нужно покрыть, чтобы схема активировалась? Вам нужно отбросить тень или почти полностью обернуть ее черной лентой? R2 и R3 должны быть одинаковыми по величине, поэтому напряжение на их стыке с неинвертирующим входом составляет половину напряжения питания.
Пришло время внести изменения. Первое изменение будет заключаться в замене делителя напряжения с постоянным резистором на потенциометр. Снимите R2 и R3 и подключите потенциометр как VR1 с одним концом, подключенным к шине питания, другим концом, подключенным к шине заземления, а дворник подключен к неинвертирующему входу LM311, контакт 2.
Теперь вы можете настроить опорное напряжение так, чтобы выходной светодиод загорался, когда вы этого хотите. Попробуйте настроить VR1 так, чтобы светодиод включался только с отбрасыванием тени на светодиод, а затем установите его так, чтобы вся цепь находилась в полностью темной комнате, чтобы светодиод включился.
Теперь, когда потенциометр контролирует опорное напряжение, мы можем исследовать, как положение компонентов влияет на схему. Поменяйте местами LDR1 и R1 и посмотрите, как это повлияет на схему.Как далеко и каким образом вам нужно отрегулировать потенциометр, чтобы цепь сработала?
Вернитесь к исходной конфигурации LDR1 и R1, но подключите соединение LDR1 и R1 к неинвертирующему входу, а стеклоочиститель потенциометра – к инвертирующему входу. Как теперь ведет себя схема?
Теперь, когда у вас была возможность поэкспериментировать и изучить поведение LM311, вы сможете лучше решить, как использовать его в проектах.Конечно, мы исследовали LDR только как датчик, но все, что работает в пределах входного напряжения, будет работать. Пьезоизмерительный датчик силы, датчик Холла, датчик приближения с ИК-светодиодом – все они могут использоваться с LM311. Возраст устройства имеет некоторые ограничения, но для большинства производителей они не имеют большого значения, если вообще имеют значение. В сочетании с доступностью без рецепта, LM311 по-прежнему остается универсальным и полезным устройством для производителя.
Не забудьте в ближайшем будущем следить за нашим проектом Firefly Light Jar, основанным на схеме, которую мы изучали в этом выпуске Класса.
2.2: Что такое операционный усилитель?
Операционный усилитель – это, по сути, многокаскадный усилитель с высоким коэффициентом усиления, рассматриваемый как единое целое. Обычно операционные усилители имеют дифференциальный вход и несимметричный выход. Другими словами, один вход создает инвертированный выходной сигнал, а другой вход создает неинвертированный выходной сигнал. Часто операционный усилитель питается от биполярного источника питания (т. Е. От двух источников питания, одного положительного и одного отрицательного). Для отдельных каскадов можно использовать практически любое активное усилительное устройство.Операционные усилители могут быть сделаны полностью из электронных ламп или дискретных биполярных транзисторов (и, конечно, они были сделаны таким образом несколько лет назад). Достижения в производстве полупроводников в конце 1960-х – начале 1970-х годов в конечном итоге позволили миниатюризировать необходимые компоненты и разместить все это на одном кремниевом кристалле (отсюда и термин «интегральная схема»). Это то, что сегодня обычно подразумевают под термином «операционный усилитель».
Как видно на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), типичный операционный усилитель имеет как минимум пять различных соединений; инвертирующий вход (помеченный «-»), неинвертирующий вход (помеченный «+»), выход, а также положительный и отрицательный входы источника питания.Эти соединения источника питания иногда называют шинами питания. Обратите внимание, что заземление напрямую не дается. Скорее, заземление подразумевается через другие соединения. Этот символ и связанные с ним связи типичны, но ни в коем случае не абсолютны. Разработчику доступно большое количество устройств, которые предлагают такие функции, как дифференциальные выходы или работу с однополярным источником питания. В любом случае для условного обозначения будет использоваться какая-то форма треугольника.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): общий символ операционного усилителя.
Операционные усилители лучше всего рассматривать как строительные блоки общего назначения. С их помощью вы можете создавать самые разные полезные схемы. Для работы общего назначения проектирование с использованием операционных усилителей обычно намного быстрее и экономичнее, чем полностью дискретный подход. Таким же образом могут быть уменьшены ограничения по устранению неисправностей и упаковке. Для более требовательных приложений, например для тех, где требуется очень низкий уровень шума, высокий выходной ток и / или напряжение или широкая полоса пропускания, производители создали специальные операционные усилители.Однако последнее слово в производительности сегодня по-прежнему остается за дискретными схемами. Кроме того, очень часто можно увидеть сочетание дискретных и интегрированных устройств в данной схеме. Конечно, нет закона, который гласил бы, что операционные усилители могут использоваться только с другими операционными усилителями. Часто разумное сочетание дискретных устройств и операционных усилителей может создать схему, превосходящую схему, полностью состоящую из дискретных или одних только операционных усилителей.
Где можно найти схемы операционных усилителей? Одним словом, где угодно. Они, вероятно, используются в вашей домашней стереосистеме или телевизоре, где они помогают захватывать входящие сигналы, в электронных музыкальных инструментах, где их можно использовать для создания и изменения тонов, в камере в сочетании с системой измерения освещенности или в медицинских инструментах, где они могут использоваться вместе с различными устройствами биологического зондирования.Возможности практически безграничны.
2.2.1: Блок-схема операционного усилителя
В этот момент вы можете спросить себя: «Что внутри операционного усилителя?» Типовой операционный усилитель состоит из трех основных функциональных каскадов. Настоящий операционный усилитель может содержать более трех отдельных каскадов, но может быть снижен до этого уровня для анализа. Обобщенное дискретное представление дано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Поскольку для операционного усилителя требуется схема дифференциального входа, первым каскадом чаще всего является дифференциальный усилитель.Как видно здесь, \ (Q_1 \) и \ (Q_2 \) составляют дифференциальный усилитель на основе PNP. Выход одного коллектора (здесь \ (Q_2 \)) затем подается на второй каскад с высоким коэффициентом усиления. Этот каскад обычно включает в себя запаздывающий сетевой конденсатор, который играет важную роль в настройке характеристик переменного тока операционного усилителя (это рассматривается далее в главе 5). \ (Q_3 \) составляет второй этап в примере. Он настроен на общую конфигурацию эмиттера для усиления как по току, так и по напряжению. Упомянутый выше запаздывающий конденсатор расположен поперек перехода база-коллектор \ (Q_3 \), чтобы воспользоваться эффектом Миллера.Третья и последняя секция – это ведомый элемент класса B или класса AB для наиболее эффективного привода нагрузки. \ (Q_4 \) и \ (Q_5 \) составляют заключительный этап. Двойные диоды компенсируют падения \ (Q_4 \) и \ (Q_5 \) \ (V_ {BE} \) и создают постоянный ток смещения, который минимизирует искажения. Это относительно стандартный этап класса АВ. Обратите внимание, что вся схема имеет прямую связь. Нет выводных цепей, и, таким образом, операционный усилитель может усиливать до нуля герц (постоянный ток). Есть много возможных изменений, которые можно увидеть в реальной схеме, включая использование пар Дарлингтона или полевых транзисторов для дифференциального усилителя, нескольких каскадов с высоким коэффициентом усиления и ограничения выходного тока для секции класса B.
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Общая схема операционного усилителя.
В примере дискретной схемы используются только пять транзисторов и два диода. Напротив, интегрированная версия может использовать от двух до трех десятков активных устройств. Из-за превосходных возможностей согласования устройств, связанных с интеграцией одного кристалла, некоторые методы используются в пользу стандартных дискретных схем. Внутренние источники тока ИС обычно изготавливаются с помощью зеркал для тока. Текущие конфигурации зеркал также используются для создания активных нагрузок, чтобы добиться максимального усиления схемы.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): упрощенная схема LF411. Перепечатано с любезного разрешения Texas Instrutments
.Типичный интегрированный операционный усилитель будет содержать очень мало резисторов и обычно только один или два запаздывающих сетевых конденсатора. Из-за ограничений по размеру и других факторов индукторы практически не видны в этих схемах. Упрощенная эквивалентная схема операционного усилителя LF411 показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Обратите внимание, что это устройство использует JFET для дифференциального усилителя с активной нагрузкой.Источник хвостового тока дифференциального усилителя и источник постоянного смещения класса AB показаны как простые источники тока. На самом деле они немного сложнее, в них используются современные зеркала.
Одним из самых популярных операционных усилителей на протяжении многих лет был 741. Технические характеристики этого устройства кажутся довольно тусклыми по сегодняшним меркам, но это было одно из первых выпущенных простых в использовании устройств. В результате он нашел свое отражение в большом количестве дизайнов. Действительно, это по-прежнему разумный выбор для менее требовательных приложений или там, где важна стоимость запчастей.Полная схема \ (\ mu \) A 741 показана на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). 741 выпускают несколько разных производителей. Эта версия производится Signetics и может несколько отличаться от 741 другой компании 1 . Схема содержит 20 активных устройств и около десятка резисторов.
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Схема \ (\ mu \) A741. Перепечатано с любезного разрешения Philips Semiconductors
.На первый взгляд эта схема может показаться безнадежно запутанной.При более внимательном рассмотрении можно увидеть много знакомых схемных блоков. Прежде всего, вы заметите, что ряд устройств показывает закорачивающее соединение между их базовыми и коллекторными клеммами, например \ (Q_8 \), \ (Q_ {11} \) и \ (Q_ {12} \). По сути, это диоды (они нарисованы таким образом, потому что изготавливаются как транзисторные переходы. На самом деле, сделать диоды таким способом проще). По большей части эти диоды являются частью токовых цепей смещения зеркал. Настройка смещения находится в самом центре схемы и вращается от \ (Q_9 \) до \ (Q_ {12} \).Установочный ток определяется путем вычитания двух падений диода (\ (Q_ {11}, \ (Q_ {12} \)) из общего потенциала источника питания (\ (V _ {+} – V _ {-} \)) и разделив результат на \ (R_5 \). Для стандартного блока питания \ (\ pm15 \) В это дает
\ [I_ {bias} = \ frac {V _ {+} – V _ {-} −V_ {BE-Q11} −V_ {BE-Q12}} {R_5} \ notag \]
\ [I_ {bias} = \ frac {30 \ V – 1.4 \ V} {39 \ k \ Omega} \ notag \]
\ [I_ {bias} = 733 \ mu A \ notag \]
Этот ток отражается в \ (Q_ {13} \).Внимательный взгляд на \ (Q_ {10} \) и \ (Q_ {11} \) показывает, что эта часть не является простым текущим зеркалом. При включении \ (R_4 \) падение напряжения на базовом эмиттере \ (Q_ {10} \) уменьшается, создавая ток меньше \ (733 \ mu A \). Эта конфигурация известна как источник тока Видлара. Вывод точного уравнения тока довольно сложен и выходит за рамки данной главы 2 . Этот ток отражается в \ (Q_8 \) через \ (Q_9 \) и устанавливает хвостовой ток для дифференциального усилителя.В каскаде дифференциального усилителя используется всего четыре транзистора усиления в конфигурации с общим коллектором и общей базой (от \ (Q_1 \) до \ (Q_4 \)). По сути, \ (Q_1 \) и \ (Q_2 \) сконфигурированы как повторители эмиттера, что обеспечивает высокий входной импеданс и разумное усиление по току. \ (Q_3 \) и \ (Q_4 \) сконфигурированы как усилители с общей базой и, как таковые, обеспечивают большое усиление по напряжению. Прирост максимизируется активной нагрузкой, состоящей из \ (Q_5 \) – \ (Q_7 \). Выходной сигнал на коллекторе \ (Q_4 \) проходит на сдвоенный транзисторный каскад с высоким коэффициентом усиления (\ (Q_ {16} \) и \ (Q_ {17} \)).\ (Q_ {16} \) настроен как повторитель эмиттера и буферы \ (Q_ {17} \), который установлен как усилитель напряжения с общим эмиттером. Резистор \ (R_ {11} \) служит для стабилизации как смещения, так и усиления этого каскада (то есть, это резистор вырождения эмиттера или подавляющий резистор). \ (Q_ {17} \) напрямую связан с выходным каскадом класса AB (\ (Q_ {14} \) и \ (Q_ {20} \)). Обратите внимание на использование умножителя \ (V_ {BE} \) для смещения выходных транзисторов. Умножитель \ (V_ {BE} \) состоит из \ (Q_ {18} \) и резисторов \ (R_7 \) и \ (R_8 \).Обратите внимание, что эта секция получает ток смещения от \ (Q_ {13} \), который является частью комплекса центрального токового зеркала.
Некоторые транзисторы в этой схеме используются исключительно для защиты от перегрузок. Хороший пример этого – \ (Q_ {15} \). По мере увеличения выходного тока напряжение на \ (R_9 \) будет увеличиваться пропорционально. Обратите внимание, что этот резистор включен параллельно с переходом база-эмиттер \ (Q_ {15} \). Если этот потенциал становится достаточно высоким, включается \ (Q_ {15} \), шунтируя базовый ток возбуждения вокруг выходного устройства (\ (Q_ {14} \)).Таким образом, коэффициент усиления по току уменьшается, а максимальный выходной ток ограничивается безопасным значением. Это предельное значение можно найти с помощью закона Ома:
.\ [I_ {limit} = \ frac {V_ {BE}} {R_9} \ notag \]
\ [I_ {limit} = \ frac {0,7 \ V} {25 \ \ Omega} \ notag \]
\ [I_ {limit} = 28 \ mA \ notag \]
Аналогичным образом \ (Q_ {20} \) защищен \ (R_ {10} \), \ (R_ {11} \) и \ (Q_ {22} \). Если выход пытается опустить слишком большой ток, включится \ (Q_ {22} \), отводя ток от основания \ (Q_ {16} \).Хотя схемы отдельных операционных усилителей могут сильно различаться, они, как правило, придерживаются основной темы из четырех частей, представленной здесь:
- Центральный источник тока / токовая зеркальная секция для обеспечения надлежащего смещения.
- Входной каскад дифференциального усилителя с активной нагрузкой.
- Промежуточный каскад высокого напряжения с усилением.
- Секция ведомого вывода класса B или AB.
К счастью для проектировщика или специалиста по ремонту, глубокие знания внутренней структуры конкретного операционного усилителя обычно не требуются для успешного применения устройства.Фактически, в большинстве случаев можно использовать несколько простых моделей. Одна очень полезная модель представлена на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Упрощенная модель.
Здесь весь многокаскадный операционный усилитель смоделирован с простой резистивной входной цепью и выходом источника напряжения. Этот выходной источник является зависимым источником. В частности, это источник напряжения, управляемый напряжением. Ценность этого источника
\ [E_ {out} = A_v \ (V_ {in +} – V_ {in-}) \ notag \]
Входная сеть определяется как сопротивление между каждым входом и землей, а также сопротивление изоляции входа-входа.Для обычных операционных усилителей эти значения обычно составляют сотни кОм или более на низких частотах. Из-за дифференциального входного каскада разница между двумя входами умножается на коэффициент усиления системы. Этот сигнал подается на выходной терминал через выходное сопротивление конечного каскада. Выходное сопротивление, скорее всего, будет меньше 100 \ (\ Omega \). Повышение напряжения системы более 80 дБ (10 000) является нормой.
2.2.2: Простая имитационная модель ОУ
Для любого операционного усилителя можно создать большое количество имитационных моделей.Вообще говоря, чем точнее модель, тем больше вероятность, что она будет сложной. Из-за природы большинства симуляторов более сложная модель требует больше времени для завершения анализа. Всегда существует компромисс между сложностью модели и временем вычисления. Мы можем создать очень простую модель на основе предыдущего раздела. Эта модель показана на рисунке \ (\ PageIndex {6} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Упрощенная модель SPICE.
Он состоит всего из пяти узлов.Входная секция моделируется как единственный резистор \ (R_ {in} \) между узлами 1 и 2. Эти два узла являются неинвертирующими и инвертирующими входами операционного усилителя соответственно. Вторая половина модели состоит из источника напряжения, управляемого напряжением, и выходного резистора. Значение этого зависимого источника зависит от дифференциального входного напряжения и усиления по напряжению. При минимальном количестве компонентов время моделирования для этой модели очень мало. Чтобы использовать эту модель, вам нужно установить только три параметра: входное сопротивление, выходное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению.Пример показан на рисунке \ (\ PageIndex {7} \) с использованием Multisim.
Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Простая модель операционного усилителя в Multisim.
Эту модель необходимо использовать с большой осторожностью, потому что она очень проста. Это полезно в качестве обучающего инструмента для исследования общей работы операционного усилителя, но никогда не следует рассматривать как часть реалистичного моделирования. Эта модель не пытается учесть многие ограничения операционного усилителя. Поскольку эта модель никоим образом не накладывает ограничений на размах выходного сигнала, эффекты насыщения останутся незамеченными.Точно так же не было предпринято никаких попыток моделирования частотной характеристики операционного усилителя. Это вызывает большую озабоченность, и в следующих главах мы уделим этому вопросу много времени. Многие другие эффекты также игнорируются. С таким количеством ограничений вы можете задаться вопросом, где можно использовать такую модель. Эта модель полезна для некритических симуляций с низкочастотными входными сигналами. Вы также должны сами распознать начало насыщения (отсечения). Его основное преимущество состоит в том, что модель схемы мала и, следовательно, обладает высокой скоростью вычислений.Благодаря этому он очень эффективен для студентов, которые плохо знакомы как с операционными усилителями, так и с моделированием схем. Возможно, не менее важным является тот факт, что эта модель указывает на тот факт, что результаты вашего моделирования могут быть настолько хороши, насколько хороши модели, которые вы используете. Многие люди попадают в ловушку, что «поскольку моделирование было произведено с помощью компьютера, оно должно быть правильным». Нет ничего более далекого от правды. Всегда помните старую аксиому: GIGO (Garbage In = Garbage Out). Было бы очень поучительно смоделировать схему, используя разные уровни точности и сложности, а затем отметить, насколько близко результаты соответствуют той же схеме, построенной в лаборатории.
2.2.3: Технические данные операционных усилителей и их интерпретация
Различные производители часто используют специальные коды и соглашения об именах, чтобы отделить свою продукцию от продукции других производителей, а также предоставить информацию об уровне качества и производстве. Код производителя обычно представляет собой буквенный префикс, а код качества или конструкции – суффикс. Общие префиксные коды включают \ (\ mu \) A (Fairchild), AD (Analog Devices), CS (Crystal), LM, LH и LF (National Semiconductor, в настоящее время принадлежит Texas Instruments, где M указывает на монолитную конструкцию, H указывает на гибридная конструкция, а буква F указывает на устройство FET), LT (линейная технология), MC (Motorola), NE и SE (Signetics), OPA (Burr-Brown) и TL (Texas Instruments).
Многие производители выпускают множество стандартных деталей, таких как 741. Например, Texas Instruments производит LM741, а Fairchild производит \ (\ mu \) A741. Эти части обычно считаются взаимозаменяемыми, хотя они могут различаться. Некоторые производители будут использовать префиксный код исходного разработчика детали и зарезервировать свой префикс для своих собственных разработок. Например, Signetics выпускает свою версию 741, которую они называют \ (\ mu \) A741, потому что этот операционный усилитель был впервые разработан Fairchild.(Signetics тогда упоминается как второй источник для \ (\ mu \) A741).
Суффикс-коды сильно различаются у разных производителей. Типичные обозначения для деталей потребительского класса – C и CN. Суффикс N часто означает «Не оценен». Интересно, что отсутствие последнего суффикса часто указывает на очень качественную деталь, обычно с расширенным температурным диапазоном. Суффикс-коды также используются для обозначения стилей пакетов. Эта практика особенно популярна среди стабилизаторов напряжения и других мощных линейных ИС.
Наконец, некоторые производители будут использовать «параллельную» систему нумерации для высококачественных деталей. Например, устройство коммерческого класса может иметь номер детали «серия 300», промышленному классу – обозначение «серия 200», а части военного уровня – номеру «серия 100». Один из возможных примеров – операционный усилитель коммерческого класса LM318 по сравнению с его полноценным аналогом LM118. Как правило, детали, указанные для военных, имеют очень широкий температурный диапазон, а промышленные и коммерческие марки предлагают все меньше.
Технические данные операционного усилителя LF411 показаны на рисунке \ (\ PageIndex {8} \). Давайте посмотрим на некоторые основные параметры и описания. Приведенные значения типичны для современного операционного усилителя. Полное исследование всех параметров будет дано в пятой главе, когда мы немного познакомимся с устройством.
Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Спецификация LF411. Перепечатано с любезного разрешения Texas Instrutments
.Рисунок \ (\ PageIndex {8} \) (продолжение.): Технический паспорт LF411. Перепечатано с любезного разрешения Texas Instrutments
.Во-первых, обратите внимание, что даны две версии IC. Мы будем рассматривать LF411, а не полноценный LF411A. В самом верху таблицы данных находится список абсолютных максимальных оценок. Операционный усилитель никогда не должен работать при значениях, превышающих указанные, поскольку это может привести к его необратимому повреждению. Как и большинство операционных усилителей общего назначения, LF411 питается от биполярного источника питания. Напряжение в шинах питания не должно превышать \ (\ pm \) 18 В постоянного тока.Обычно операционные усилители используются с источниками питания \ (\ pm \) 15 В. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 670 мВт. Очевидно, это небольшое сигнальное устройство. В соответствии с этим диапазон рабочих температур и максимальные температуры перехода относительно низкие. Мы также видим, что устройство выдерживает дифференциальные входные сигналы до 30 В и несимметричные входы до 15 В без повреждений. На выходе LF411 способен непрерывно выдерживать состояние закороченной нагрузки. Это делает операционный усилитель более «пуленепробиваемым».В оставшейся части этого раздела подробно описаны условия пайки. Чрезмерный нагрев во время пайки может повредить устройство.
Во втором разделе таблицы данных перечислены характеристики постоянного тока операционного усилителя. Эта таблица разбита на пять основных разделов:
- Обозначение параметра.
- Имя параметра.
- Условия, при которых измеряется параметр.
- Значения параметров, типичные или мин. / Макс.
- Единицы измерения параметров.{\ circ} \) При работе это указано как 25 В / мВ или 25 000. Среднее устройство даст выигрыш в 200000. Как правило, при расширении температурного диапазона характеристики ухудшаются. В диапазоне рабочих температур минимальное усиление может упасть до 15000.
Поскольку операционный усилитель использует повторитель класса AB для своего выходного каскада, мы должны ожидать, что выходное соответствие будет очень близким к шинам источника питания. Размах выходного напряжения указан для источников питания \ (\ pm \) 15 В с нагрузкой 10 к \ (\ Omega \).Типичное устройство может раскачиваться до \ (\ pm \) 13,5 В, а в худшем случае – до \ (\ pm \) 12 В. Снижение напряжения питания, естественно, приведет к падению максимального размаха на выходе. Значительное уменьшение сопротивления нагрузки также вызовет падение \ (V_o \), как мы увидим чуть позже. Эти максимальные выходные значения вызваны достижением внутренними ступенями своих пределов насыщения. Когда это происходит, говорят, что операционный усилитель находится в режиме ограничения или насыщения. Как правило, насыщенность может быть приблизительно равна 1.На 5 В меньше, чем у блоков питания.
Последний элемент в списке – это потребляемый ток в режиме ожидания, \ (I_S \). Обратите внимание, насколько это мало, всего 1,8 мА, в худшем случае 3,4 мА. Это ток, который ОУ потребляет от источника питания при отсутствии сигнала. При формировании выходных сигналов потребление тока возрастает.
В последнем разделе таблицы данных перечислены некоторые характеристики переменного тока операционного усилителя, которые будут иметь большое значение для нас в следующих разделах. Многие параметры устройства сильно меняются в зависимости от частоты, температуры, напряжения питания или других факторов.Из-за этого технические характеристики также включают большое количество графиков, которые дополнительно детализируют характеристики операционного усилителя. Наконец, основные характеристики могут быть дополнены советами по применению и типичными схемами.
Список литературы
1 Хотя точная внутренняя схема может быть изменена, версии различных производителей будут иметь одинаковые выводы и очень похожие технические характеристики.
2 Полный вывод источника тока Видлара можно найти в Принципах электронных схем С.Дж. Бернс и П. Р. Бонд, 1987, West Publishing Company.
Высоконадежные мониторы с однополярным питанием | Microsemi
Обзор
Следите за напряжением и / или током одного источника питания. Содержат все функции, необходимые для мониторинга и управления выходом сложной системы электропитания. Датчик перенапряжения с функциейдля запуска внешнего отключения SCR «ломом»; цепь пониженного напряжения, которую можно использовать для контроля выходного или дискретного входного линейного напряжения;
и третий операционный усилитель / компаратор, используемый для измерения тока, все включены в эту ИС вместе с независимым точным опорным генератором.Описание упаковки:
J: DIP-18, Ceramic
L: LCC-20, Ceramic
-8 и -D соответствуют спецификациям MIL-SPEC-883B и DESC соответственно.P / N Дж Дж-8 J-D л Л-8 L-D Мин.
Контролируемый
НапряжениеTrange (oC) SG1543 Дж Дж-8 J-D L Л-8 L-D 2.5В -55 до 125 SG1544 Дж Дж-8 J-D 1,7 В -55 до 125 Параметрический поиск
- «Предыдущая
- {{n + 1}}
- Следующий ” Показано 2550100 на страницу
Детали Состояние детали упаковка Тип Перевозчик пакетов {{attribute.имя | noComma}} ({{attribute.type}}) В этой категории нет параметрических данных! попробуйте другие категории
Основы операционных усилителей (часть 1): 9 шагов
Если вас действительно мало волнует теория, лежащая в основе операционных усилителей, или вы просто не хотите читать прямо сейчас, пропустите этот шаг. Здесь не будет сложной математики, просто подведем итоги. Я рекомендую вам найти время, чтобы прочитать о них, поскольку они очень полезны во многих приложениях.Некоторые действительно хорошие образовательные / учебные материалы доступны здесь, в главе 5.
Операционные усилители обычно представляют собой устройства с двумя входами и одним выходом, с дополнительными контактами для источников питания +/-. Глядя на разницу между двумя входами и используя источники +/- напряжения в качестве макс / мин выходных значений, операционный усилитель будет выдавать опорное значение напряжения, которое может быть во много раз выше, чем входное. Величина усиления называется усилением и часто измеряется в децибелах (дБ). Независимо от того, что вы усиливаете, будь то напряжение, ток или мощность, разделение выхода на вход даст вам общее усиление.Различные конструкции операционных усилителей имеют разные максимальные значения, которые они могут достичь для усиления, но для подавляющего большинства приложений вы можете выбрать уровень усиления, который хотите применить к входному дифференциалу. Вы также можете выбрать, должен ли вывод быть инверсным входному или совпадать с входным. Входы помечены как «инвертирующий» и «неинвертирующий», и есть два уравнения для определения значения усиления вашей конструкции операционного усилителя: одно для неинвертирующей конфигурации, а другое – для инвертирующей конфигурации.Обратите внимание, что для неинвертирующего уравнения у вас есть дополнительный коэффициент усиления 1, которого вы не можете избежать. Если, например, вы подключите неинвертирующий вывод к GND, а инвертирующий вывод к вашему сигналу, выходной сигнал будет сдвинут по фазе на 180 градусов и усилен коэффициентом усиления. На графике он будет полностью перевернут вверх ногами по оси x (см. Изображение 2). Если вы переключите входы и подключите инвертирующий контакт к земле, а неинвертирующий контакт к вашему сигналу, выход будет выглядеть так же, как вход (см. Изображение 3).
Операционные усилители обычно имеют встроенное по умолчанию чрезвычайно высокое усиление, которое пользователь не может изменить, и если вы не создадите обратную связь в системе, вы очень быстро насытите операционный усилитель и достигнете одного из значений напряжения. подача рельсов. Это означает, что операционный усилитель без обратной связи будет функционировать как компаратор, а это означает, что если есть разница в напряжении между двумя входами (+ или -), даже на минимальную величину, выход будет соответствовать значению соответствующего напряжение питания рейки.С логической точки зрения, вы получаете 1 или 0. Это может быть полезно в определенных приложениях, например, при генерации прямоугольной волны из синусоидальной или треугольной волны, но не во всех случаях. Часто вы хотите, чтобы результат был масштабированной версией ввода, идентичной, за исключением величины. Чтобы управлять усилением, вы должны реализовать обратную связь, подключив один или другой вход к выходу через один или несколько пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы или катушки индуктивности.
Некоторые применения операционных усилителей включают буферы / повторители напряжения, фильтры низких, высоких и полосовых частот, компараторы, интеграторы, дифференциаторы, пиковые детекторы, регуляторы напряжения / тока, аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи. аналоговые преобразователи.Я рассмотрю некоторые из этих вариантов использования на более поздних этапах.
Операционные усилители также имеют множество различных вариантов конструкции, поэтому выбор подходящего может быть трудным. Что использовать: OP37 или LM741? Вы решили, что хотите действительно высокую скорость, и выбрали OP37. Но какая версия? OP37A, C, E, F, G, N, NT, GT или GR? Вам понадобится больше одного в вашем дизайне? Если да, следует ли использовать одиночные, парные или квадроциклы? Конечно, у каждого из них есть своя таблица данных, поэтому легко провести сравнение может быть непросто.Чтобы дать вам представление, я включил электронную таблицу Excel с несколькими перечисленными параметрами, чтобы показать широкий спектр доступных ИС. Это не исчерпывающий список всех спецификаций, это лишь некоторые основные данные.
Сравнивая некоторые данные, мы видим, что операционный усилитель 741 не имеет очень высокой скорости (низкая скорость нарастания) и не имеет высокого произведения коэффициента усиления и полосы пропускания (GBP). OP37, однако, имеет намного (намного, намного) более высокую скорость нарастания и GBP, поэтому его можно использовать в гораздо более широком диапазоне частот, чем 741.
