Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 12
7 февраля 2019
телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовмедицинапотребительская электроникаавтоматизациялабораторные приборыинтернет вещейTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемы
Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments)
Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования.
Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки
Мы публикуем главы Поваренной книги на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.
Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав
ШИМ-генератор на ОУ
Исходные данные к расчету представлены в таблице 34.
Таблица 34. Исходные данные к расчету
| Вход | Выход | Питание | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| ViMin | ViMax | VoMin | VoMax | Vcc | Vee | Vref |
| -2,0 В | 2,0 В | 0 В | 5 В | 5 В | 0 В | 2,5 В |
Описание схемы
Данная схема использует генератор треугольных импульсов и компаратор для формирования ШИМ-сигнала с частотой 500 кГц и коэффициентом заполнения, обратно пропорциональным входному напряжению (рисунок 42).
Операционный усилитель (U3) и компаратор (U4) генерируют треугольный сигнал, подаваемый на инвертирующий вход второго компаратора (U2). Входное напряжение схемы поступает на инвертирующий вход усилителя рассогласования (U1) и далее на неинвертирующий вход компаратора (U2). Выходной ШИМ-сигнал формируется при сравнении входного напряжения и треугольного сигнала. Сигнал с выхода U2 используется для обратной связи и подается на вход усилителя рассогласования (U
Рис. 42. Схема ШИМ-генератора
Рекомендуем обратить внимание:
- используйте компаратор c выходом типа “push-pull” и минимальным временем задержки;
- Применяйте ОУ с подходящими значениями скорости нарастания, GBW и диапазона выходных напряжений;
- частота полюса, создаваемого конденсатором С, должна лежать ниже частоты переключений и значительно выше слышимого звукового диапазона;
- импеданс источника опорного напряжения должен быть минимальным.
Для этой цели может быть использован выход ОУ.
Для этой цели может быть использован выход ОУ.Порядок расчета
- Выбираем коэффициент усиления для входного сигнала по формуле 1:
$$GAIN=-\frac{R_{4}}{R_{3}}=-1\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$
Задаем R3 = R4 = 10 кОм.
- Выбираем сопротивления R1 и R2 для деления опорного напряжения и получения единичного усиления сигнала на неинвертирующем входе (формула 2):
$$V_{O\_DC}=\left(1+\frac{R_{4}}{R_{3}} \right)\times \left(\frac{R_{2}}{R_{1}+R_{2}} \right)\times V_{REF}\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$
R1 = R2 = R3 = R4 = 10 кОм.
Тогда VO_DC = 2,5 В.
- Амплитуда Vtri должна быть выбрана выше максимальной амплитуды входного напряжения (2,0 В), чтобы избежать коэффициента заполнения ШИМ-сигнала 0% и 100%. Выбираем Vtri = 2,1 В. Амплитуда V1 = 2,5 В (формула 3):
$$V_{tri}\:(амплитуда)=\frac{R_{5}}{R_{6}}\times V_{1}\:(амплитуда)\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
Задаем R6 = 10 кОм и определяем R5 по формуле 4:
$$R_{5}=\frac{V_{tri}\:(амплитуда)\times R_{6}}{V_{1}\:(амплитуда)}=8.
- Задаем частоту ШИМ 500 кГц, исходя из формулы 5:
$$f_{t}=\frac{R_{6}}{4\times R_{7}\times R_{5}\times C_{3}}\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$
Задаем С3 = 100 пФ и рассчитываем R7 по формуле 6:
$$R_{7}=\frac{R_{6}}{4\times f_{t}\times R_{5}\times C_{3}}=5.92\:кОм\approx 5.90\:кОм\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{6}{\mathrm{)}}$$
- Выбираем С1 для ограничения полосы пропускания усилителя ниже частоты ШИМ (формула 7):
$$f_{p}=\frac{R_{6}}{2\pi \times R_{4}\times C_{1}}\qquad{\mathrm{(}}{7}{\mathrm{)}}$$
С1 = 100 пФ → fp = 159 кГц
- Выбираем С2 для фильтрации шума Vref и подставляем в формулу 8:
C2 = 100 нФ (номинал).
$$f_{div}=\frac{R_{6}}{2\pi \times R_{1}\parallel R_{2}\times C_{2}}=320\:кГц\qquad{\mathrm{(}}{8}{\mathrm{)}}$$
Моделирование схемы
Моделирование в режиме постоянных токов (DC-анализ) изображено на рисунке 43.
Рис. 43. Зависимость выходного напряжения усилителя от входного
Осциллограмма переходных процессов представлена на рисунке 44.
Рис. 44. Осциллограммы переходных процессов
Рекомендации
Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 35.
Таблица 35. Параметры ОУ, используемого в расчете
| OPA2365 | |
|---|---|
| Vss | 2,2…5,5 В |
| VinCM | Rail-to-rail |
| Vout | Rail-to-rail |
| Vos | 100 мкВ |
| Iq | 4,6 мА |
| Ib | 2 пА |
| UGBW | 50 МГц |
| SR | 25 В/мкс |
| Число каналов | 2 |
В качестве альтернативы могут использоваться ОУ, параметры которых представлены в таблице 36
Таблица 36. Параметры альтернативных ОУ
| TLV3502 | OPA2353 | |
|---|---|---|
| Vss | 2,2…5,5 В | 2,7…5,5 В |
| VinCM | Rail-to-rail | Rail-to-rail |
| Vout | Rail-to-rail | Rail-to-rail |
| Vos | 1 мВ | 3 мкВ |
| Iq | 3,2 мА | 5,2 мА |
| Ib | 2 пА | 0,5 пА |
| UGBW | – | 44 МГц |
| SR | – | 22 В/мкс |
| Число каналов | 2 | 2 |
Оригинал статьи
Список ранее опубликованных глав
- Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители
- Инвертирующий усилитель
- Неинвертирующий усилитель
- Инвертирующий сумматор
- Дифференциальный усилитель
- Интегратор
- Дифференциатор
- Трансимпедансный усилитель
- Однополярная схема измерения тока
- Биполярная схема измерения тока
- Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады)
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
•••
Генератор ШИМ сигнала на LM358
Решил собрать шим регулятор на операционном усилителе.
Не то что бы мне нужен был шим регулятор, просто валялся листочек с нарисованной схемой уже больше года и вот наконец дошли руки собрать схему и изучить ее характеристики. Вот сама схема:
На первом ОУ собран генератор треугольного сигнала, а второй ОУ играет роль компаратора, формируя прямоугольный сигнал. Вот осциллограммы сигналов на разных выводах LM358 снятые приложением для Android SmartScope, частота 670Гц:
На выводах 6 и 3 присутствует сигнал похожий на треугольный, а точнее сигнал сформированный из отрезков экспоненты. На выводах 5 и 7 сигнал имеет форму похожую на прямоугольную. Эти сигналы никак не зависят от положения движка резистора R7, коэффициент заполнения меняется только у сигнала на выводе 1:
Частота генерации зависит от емкости C2 и сопротивления R3, чем они меньше, тем выше частота. Также есть зависимость частоты от напряжения питания:
| С2 | 100n | 10n | 1n |
| 5V | 670 Hz | 5,7 kHz | 21,8 kHz |
| 12V | 667 Hz | 4,3 kHz | 16,3 kHz |
Потребляемый микросхемой ток 0,6мА при питании от 5В и 1,5мА от 12В.
Переменный резистор R7 нужно подбирать для более полной регулировки. При питании от 5В я ставил резистор на 22кОм и 47кОм для 12В. Если взять слишком маленький номинал этого резистора регулировка будет неполной, а если слишком большой — часть его не будет участвовать в регулировке.
Нигде не нашел максимальную частоту генерации LM358. В даташите нашел максимальную скорость нарастания выходного сигнала 0.6 В/мкс. То есть, чтобы выходной сигнал изменился от 0 до 12В потребуется как минимум 20мкс. Это только фронт прямоугольного сигнала. Допустим еще 20мкс сигнал имеет максимальную амплитуду, 20мкс идет спад и еще 20мкс сигнал имеет минимальную амплитуду. Итого 80мкс период одного колебания. Частота(обратная периоду величина) получается 12500 Гц. Сигнал при этом будет ближе к трапеции чем к прямоугольнику.
Что касается приложения осциллографа SmartScope, вряд ли можно считать его измерительным прибором, но вот оценить форму сигнала вполне реально. Вот сигнал 5кГц со звуковой карты ноутбука:
А вот сигнал 4кГц с генератора на таймере NE555:
Сигнал на смартфон подается через разъем jack 3.5мм с четырьмя контактами и делителем напряжения на резисторах:
Для защиты входа от превышения напряжения желательно поставить стабилитроны на напряжение 1.9В или ниже. Следует помнить что стабилитрон срабатывает не мгновенно, а также что он может выйти из строя, поэтому к высоковольтным цепям лучше такой осциллограф не подключать.
Econ-O-Shim 20-Series, сплошная толщина 1/2 дюйма (150 шт.
) | Принадлежности для бетона/Строительные прокладки и оборудование для испытания бетона- Цвет прокладки:
- Черный
- Длина прокладки:
- 3в
- Слот для прокладки:
- 13/16 дюймов
- Толщина прокладки:
- 1/2 дюйма
- Ширина прокладки:
- 2 5/16 дюйма
- Артикул:
- В009. 22С
- Состояние:
- Новый
22СЦена 59,98 долларов США
Ориентировочная доставка через 4-7 дней после заказа
* Ориентировочная стоимость указана только для клиентов США .
* Транспортные и импортные пошлины рассчитываются при оформлении заказа.
Часто покупают вместе
Общая стоимость:
добавить в корзину
Пожалуйста, выберите параметры для всех выбранных продуктов
- Описание продукта
- видео
Прокладки Econ-O-Shim серии 20, толщина 1/2 дюйма, цельные (150 карат) , отлиты из специальной пластмассы, которая сочетает в себе превосходную прочность на сжатие и хороший контакт с несущей поверхностью.
- Прочность на сжатие 10 000 psi
- Экономичный.
- Толщина с цветовой маркировкой.
- Доступны в различных размерах.
- Отличная прочность на сжатие.
- Экономьте время, деньги и труд.
- Укажите «Econ-o-Shim» для ваших требований по выравниванию/выравниванию.
- Econ-o-Shims невосприимчивы к микроорганизмам и щелочам, химическим веществам и жидкостям.
- Econ-o-Shims не ржавеют, не гниют, не окрашиваются и не выщелачиваются.
- Сделано в США.
Deslauriers 22S Econ-O-Shim 20-й серии, толщина 1/2 дюйма (150 карат)
Yoon Jae «Gun Oh» Shim Статистика ММА, фотографии, новости, видео, биография
ИСТОРИЯ БОЕВ — PRO
| Результат | Истребитель | Событие | Метод/ | Р | Время |
| победа | Церендаш Азжаргал | Road FC 63 — Чемпионат по шоссейным боям 63 25 февраля 2023 г.  | Дисквалификация (удар в пах) Сын Рюль Шин | 2 | 0:12 |
| победа | Дон Хён Бэ | Road FC 61 — Чемпионат по шоссейным боям 61 23 июля 2022 г. | Представление (замок) Сун Мин Ким | 1 | 1:11 |
| потеря | Крис Барнетт | Road FC 55 — Чемпионат по дорожным боям 55 Сентябрь / 08 / 2019 | КО (пробойник) | 1 | 3:44 |
| победа | Ги Хун Рю | Road FC 54 — Чемпионат по дорожным боям 54 15 июня 2019 г.  | ТКО (пуансоны) | 1 | 0:54 |
| победа | Джэ Хёк Хо | Road FC 50 — Чемпионат по дорожным боям 50 Ноябрь / 03 / 2018 | KO (удары руками) Сын Рюль Шин | 1 | 0:23 |
| потеря | Крис Барнетт | Road FC 45 — Чемпионат по шоссейным боям 45 23 декабря 2017 г. | ТКО (пуансоны) | 2 | 3:33 |
| победа | Чан Хи Ким | Road FC 42 — Чемпионат по дорожным боям 42 Сентябрь / 23 / 2017 | ТКО (пуансоны) | 2 | 1:18 |
| НЗ | Чан Хи Ким | Road FC 39 — Чемпионат по дорожным боям 39 10 июня 2017 г.  | Нет соревнования (случайное столкновение голов) Косукэ Умэда | 1 | 0:25 |
| победа | Чжэньлинь Хоу | Road FC 34 — Чемпионат по дорожным боям 34 Ноябрь / 19 / 2016 | Решение (единогласное) | 3 | 5:00 |
| потеря | Карлос Тойота | Road FC 29 — Чемпионат по дорожным боям 29 12 марта 2016 г. | ТКО (пуансоны) | 1 | 0:17 |
| потеря | Лукас Тани | Road FC 22 — Чемпионат по дорожным боям 22 21 марта 2015 г.  | Подача (рука) | 1 | 1:45 |
| победа | Фред Слоан | Road FC 19 — Чемпионат по шоссейным боям 19 Ноябрь / 09 / 2014 | Подача (ключ) | 2 | 0:15 |
YOON JAE SHIM СВЯЗАННЫЕ НОВОСТИ
Ветеринар UFC Со Хи Хам разгромил Джин Ю Фрея Фаст, чтобы защитить титул в легком весе на Road FC 45 Кто лучшая женщина в легком весе на планете? Ну, теперь у нас есть некоторое обсуждение сейчас.
Джордан Брин
23 декабря 2017 г.
Последние новости
ALLUFCBELLATORPFLONE
- Bellator 292 ‘Nurmagomedov vs.
