Высоковольтный оу: Мощные и высоковольтные операционные усилители Texas Instruments

Содержание

Мощные и высоковольтные операционные усилители Texas Instruments

Высоковольтные усилители мощности Texas Instruments используются в приложениях с напряжением питания до 100 В и выходным током до 10 А. Большинство усилителей этого класса оснащены внутренней защитой от перегрева и превышения максимально допустимого тока. В некоторых усилителях мощности у разработчика есть возможность задания тока срабатывания защиты при перегрузке. Усилители мощности подразумевают подходящие типы корпусов и размер соответствующего теплоотвода. Некоторые усилители Texas Instruments выпускаются в запатентованном термоустойчивом корпусе PowerPAD.

При работе необходимо обеспечить режимы, не выходящие за пределы области безопасной работы (ОБР). Эти графики приводятся в документации производителя (datasheets) для каждого усилителя. Благодаря встроенному датчику температуры и внутренней схемы отключения при перегреве происходит автоматическое отключение усилителей при достижении температуры выше определенного значения. Усилители OPA547, OPA548, OPA549 и OPA454 не требуют подключения мощных резисторов, используемых в качестве датчиков тока. Схема защиты полностью реализована внутри этих микросхем и позволяет управлять ограничением тока практически от нуля до максимально допустимого значения при помощи маломощного резистора или управляющего напряжения в усилителе OPA569.

Для дополнительной надежности внешняя металлическая площадка корпуса PowerPAD изолирована от кристалла, что исключает появление напряжения на теплоотводящей поверхности.

На основе усилителя OPA454 можно легко сделать высоковольтный управляемый источник напряжения с максимальным выходным напряжением более 90 В (рис. 1). Управление высоковольтным усилителем производится с помощью цифро–аналогового преобразователя с выходным током от 0 до 2 мА. Защитные диоды на входах исключают перегрузку усилителя при возникновении недопустимого напряжения на входах.

Рис. 1. Высоковольтный программируемый источник напряжения

На рис. 2 показана мостовая схема с удвоением выходного напряжения. На пьезокристалл подается выходное напряжение с амплитудой до 195 В. Схема усилителя состоит из ведущего (master) усилителя А1 и ведомого (slave) усилителя А2. Ведомый усилитель играет роль инвертора, поэтому напряжение к выводам пьезокристалла прикладывается в противофазе, благодаря чему и происходит удвоение напряжения в мостовом усилителе.

Рис. 2. Мостовая схема усилителя для удвоения выходного напряжения

На рис. 3, 4 приведены варианты схем для увеличения выходного тока. При параллельном включении усилителей (рис. 3) верхний усилитель является ведущим, а нижний — ведомым с единичным усилением. Другой вариант схемы для увеличения выходного тока — подключение на выходе пары комплементарных биполярных транзисторов. С транзисторами, указанными на рис. 4, обеспечивается максимальный выходной ток до 1 А.

Рис. 3. Параллельное включение усилителей OPA454 для увеличения выходного тока

Рис. 4. Увеличение выходного тока до 1 А с помощью внешней пары комплементарных транзисторов

На рис. 5 приведена схема высоковольтного инструментального усилителя. Такой усилитель может быть необходим для получения очень широкого динамического диапазона выходных напряжений. Если на вход такого усилителя подать сигнал с относительно низковольтного малошумящего усилителя с дифференциальным выходом с напряжением питания ±15 В (или даже с меньшими напряжениями питания), то получится высокочувствительный усилитель с расширенным динамическим диапазоном.

Рис. 5. Высоковольтный инструментальный усилитель на основе OPA454

Довольно часто необходимо реализовать защиту от перегрузки, отключая усилитель при достижении недопустимого значения тока через шунт. Особенно трудно реализовать такой тип защиты для верхнего плеча усилителя из–за высоких напряжений на шунте относительно общего провода. На рис. 6 показана схема, позволяющая определить ток через шунт даже при отрицательном напряжении на входе высоковольтного измерительного усилителя, собранного на OPA454. Зависимость выходного напряжения от сопротивления резисторов и тока через шунт рассчитывается по формуле, приведенной на рис. 6. Добавив на выходе компаратор или АЦП, можно регистрировать момент превышения тока и подавать команду на отключение силового прибора.

Рис. 6. Измеритель тока через шунт в верхнем плече на основе OPA454

На рис. 7а приведена схема неинвертирующего усилителя с размахом выходного напряжения 195 В при питании от двуполярного источника с выходными напряжениями ±100 В с коэффициентом усиления +20. Допустимое напряжение питания для одного ОУ OPA454 составляет «всего» 100 В. Схема из трех ОУ OPA454 (рис. 7а) позволяет практически вдвое увеличить размах выходного напряжения, при этом напряжение питания на каждом ОУ не превышает допустимое значение 100 В. На рис. 7б приведена аналогичная схема инвертирующего усилителя с размахом выходного напряжения 195 В. В нижней части рис. 7 приведены временные диаграммы работы схем для частоты 20 кГц. Обратите внимание, что скорость нарастания такого усилителя составляет 18 В/мкс на нагрузке 3,75 кОм и превышает типовое значение этого параметра, приведенное в документации производителя, — 13 В/мкс для напряжения питания не более 100 В.

Рис. 7. Высоковольтный усилитель из трех ОУ с размахом выходного напряжения 195 В при напряжении питания ±100 В и скоростью нарастания выходного напряжения 18 В/мкс

На рис. 8 приведена схема мостового усилителя на шести ОУ OPA454 с напряжением питания ±100 В и размахом выходного напряжения 390 В. Схема собрана из инвертирующего и неинвертирующего усилителей, которые показаны на рис. 7. Временные диаграммы работы этого усилителя при входной частоте 20 кГц на нагрузке 7,5 кОм показаны в нижней части рис. 8. Скорость нарастания выходного напряжения у этого усилителя составляет уже 34 В/мкс (сравните с типовым значением этого параметра — 13 В/мкс — при обычном включении OPA454 с напряжением питания не более 100 В).

Рис. 8. Мостовой высоковольтный усилитель с размахом выходного напряжения 390 В при напряжении питания ±100 В и скоростью нарастания 34 В/мкс

На рис. 9 приведены амплитудно–частотная и фазо–частотная характеристики OPA454, а также зависимость размаха выходного напряжения от частоты. Эти графики необходимы для правильного выбора коэффициента усиления, обеспечивающего требуемую полосу пропускания. На нижних графиках рис. 9 показаны нелинейные искажения вместе с шумовыми параметрами для разных коэффициентов усиления. При единичном усилении вносимые искажения меньше. Однако главное в этих графиках — зависимость искажений с ростом частоты. В диапазоне звуковых частот (до 20 кГц) суммарные нелинейные искажения вместе с шумом не превышают 0,026% для единичного усиления и 0,037% — для коэффициента усиления G = +10.

Рис. 9. АЧХ, ФЧХ, частотные зависимости размаха выходного напряжения, гармонических искажений и шума при разных коэффициентах усиления для OPA454

Низковольтные ОУ с высоким выходным током


Наибольшей популярностью пользуются усилители OPA567 и OPA569 с выходным током 2,4 А, Rail–to–Rail входом/выходом и рабочим диапазоном температур −55…125 °С. Для обеспечения таких высоких характеристик при жестких условиях эксплуатации OPA569 выполнен в корпусе SO–20 PowerPAD, а OPA567 — в корпусе QFN–12. Особенность этих мощных усилителей — возможность задания разработчиком необходимого уровня ограничения выходного тока в диапазоне 0,2–2,2 А. Ток срабатывания можно задавать постоянным резистором или потенциометром, а также регулировать управляющим напряжением. Все эти варианты представлены на рис. 10.

Рис. 10. Варианты задания ограничения максимального тока для OPA569

Большинство мощных и высоковольтных ОУ Texas Instruments предназначены для работы в жестких условиях эксплуатации от −40 или даже от −55 °С. Остается только пожелать читателю, чтобы он всегда мог найти нужные усилители для разрабатываемых новых устройств и результаты их использования всегда превосходили рассчитанные и ожидаемые параметры.

Литература

  1. Amplifier and Data Converter Selection Guide (Руководство по выбору усилителей и преобразователей данных): www.ti.com

OPA454 – мощный и высоковольтный

11 июня 2008

 

Краткое описание

OPA454 — новый недорогой высоковольтный операционный усилитель компании Texas Instruments с выходным током более 50 мА и полосой пропускания 2,5 МГц. Одно из преимуществ — высокая стабильность OPA454 при единичном коэффициенте усиления. Внутри ОУ организована защита от превышения температуры и перегрузки по току. Работоспособность ИС сохраняется в широком диапазоне напряжений питания от ±5 до ±50 В или, в случае однополярного питания, от 10 до 100 В (максимум 120 В). У OPA454 существует дополнительный вывод «Status Flag» — статусный выход ОУ с открытым стоком, — что позволяет работать с логикой любого уровня. Этот высоковольтный операционный усилитель обладает высокой точностью, широким диапазоном выходных напряжений, не вызывает проблем при инвертировании фазы, которые часто встречаются при работе с простыми усилителями.

Технические особенности OPA454:

  • Широкий диапазон питающих напряжений от ±5 В (10 В) до ±50 В (100 В)
  • (предельно до 120 В)
  • Большой максимальный выходной ток > ±50 мА
  • Широкий диапазон выходных напряжений от Uпит. до 1 В
  • Широкий диапазон рабочих температур от -40 до 85°С (предельно от -55 до 125°С)
  • Корпусное исполнение SOIC или HSOP (PowerPADTM)

Подключение и применение

На рисунке 1 показана базовая схема включения OPA454 в качестве неинвертирующего усилителя.

 

 

Рис. 1. Базовая неинвертирующая схема включения усилителя OPA454

Питание, как уже упоминалось, может быть выбрано любое в диапазоне от ±5 до ±50 В при сохранении всех характеристик. При этом выводы питания обязательно должны быть зашунтированы относительно общего провода конденсаторами емкостью более 0,1 мкФ. В некоторых приложениях положительное и отрицательное напряжения питания не равны, для этого ОУ OPA454 способен работать с большой разницей питающих напряжений — от 10 до 100 вольт. К примеру, положительное напряжение может быть выбрано +90 В, а отрицательное -10  В.

При необходимости выход ОУ может быть независимо отключен, для чего требуется соединить вход «Enable/Disable» c его собственным «общим» выводом «Enable/Disable Common», что упрощает «стыковку» с низковольтной логикой. При таком отключении сигнальная часть остается нетронутой, что в большей степени необходимо для защиты нагрузки.

Защита входных цепей

ОУ OPA454 имеет усиленную защиту от повышенного напряжения между прямым и инверсным входами. Защита также сработает, если напряжение на любом из входов превысит напряжение питания. Входные JFET-транзисторы во внештатной ситуации ограничивают входной ток на безопасном уровне 4 мА. Для дополнительной безопасности OPA454 имеет диэлектрическую изоляцию внешней металлической площадки, предназначенной для организации дополнительного охлаждения (стандартные корпуса SOIC и HSOP с модификацией PowerPADTM).

Увеличение максимального выходного тока

ОУ OPA454 позволяет без потерь в качественных параметрах работать с токами в нагрузке, превышающими 50 мА. Для увеличения выходного тока разрешается соединять от двух и более ОУ в параллель, как показано на рисунке 2а.

 

 

Рис. 2. Примеры схем включения OPA454 для увеличения максимального выходного тока

По такой схеме усилитель А1 является «ведущим» и может работать в любой схемной конфигурации. Усилитель А2 является «зависимым» и выполняет лишь роль буфера с единичным усилением. Как альтернативное решение для усиления тока может быть использована схема с дополнительными внешними выходными транзисторами, как показано на рисунке 2б. С применением указанных транзисторов схема способна работать с токами в нагрузке до 1 А.

Выводы «ENABLE» и «E/D Com»

Если вывод «E/D Com» оставить неподключенным, то он «подтянется» напрямую к «V-» (шине отрицательного питания) через внутренний источник тока 10 мкА. Если же не подключить вывод «ENABLE», то потенциал на нем удержится примерно на уровне 2 В относительно вывода «E/D Com» через дополнительный источник тока 1 мкА. Когда выводы «ENABLE» и «E/D Com» не подключены, даже умеренно быстрый сигнал отрицательной полярности через емкостную связь с выводом «ENABLE» может перевести ОУ в режим ожидания («shutdown»). Если функция и вывод «ENABLE» не будут использоваться, то рекомендуется шунтировать этот вывод конденсатором 30 пФ или через внешний источник тока подключить его к шине «V+» (к шине положительного питания). На рисунке 3 показаны варианты подключения выводов «ENABLE» и «E/D Com».

 

 

Рис. 3. Варианты схем подключения выводов «ENABLE» и «E/D Com»

Если резистор RP будет равен 1 МОм, то при положительном питании +50 В, ток IP будет равен 50 мкА.

Токовая защита

На рисунке 4 изображены графики работы токовой защиты OPA454.

 

 

Рис. 4. Зависимость тока срабатывания защиты от температуры (а) и задержка оповещения
о перегрузке (выход «Status Flag») (б)

На графике слева можно видеть зависимость уровней тока срабатывания защиты (по втекающему и вытекающему току отдельно) от температуры окружающей среды, справа отображена осциллограмма типовой задержки статусного выхода «Status Flag». Ток в OPA454 измеряется непосредственно на выходных транзисторах и линейно ограничивается схемой защиты. В состоянии токовой перегрузки ИС будет работать до тех пор, пока температура кристалла не поднимется до уровня 150°С, что приведет к срабатыванию защиты по температуре. С достаточным радиатором и при использовании минимально возможного напряжения питания, OPA454 может сколь угодно долго оставаться в режиме ограничения тока и без срабатывания температурной защиты.

Температурная защита

Как уже говорилось ранее, при повышении температуры кристалла до 150°С срабатывает встроенная температурная защита. При этом триггерная схема переключает ОУ в режим ожидания («shutdown»), переводя выход OPA454 в безопасное высокоимпедансное состояние. Когда температура кристалла снизится до 130°С, нормальный режим работы ОУ автоматически восстановится. Такая температурная защита необходима для предотвращения выхода ОУ из безопасной области работы, даже при длительном замыкании выхода на шину общего провода или шину любого из питающих напряжений.

Корпусное исполнение

OPA454 выпускается в двух корпусах SO-8 и HSOP-20 с современной модификацией PowerPAD, благодаря чему удалось получить крайне низкое тепловое сопротивление между кристаллом и внешней частью корпуса. Главная конструктивная особенность этих корпусов — наличие открытой металлической площадки для отвода тепла, которая находится в прямом термоконтакте с кристаллом (рисунок 5).

 

 

Рис. 5. Корпуса SO-8 и HSOP-20 с модификацией PowerPAD (вид в разрезе)

Типовые схемы применения

На рисунках 6 и 7 отображены схемы программируемого источника напряжения и мостового удвоителя напряжения соответственно.

 

 

Рис. 6. Программируемый источник напряжения

 

 

Рис. 7. Мостовая схема с удвоением максимального выходного напряжения (пример для пьезоэлектрической пластины)

Как показано на рисунке 8, используя три OPA454, можно создать высоковольтный инструментальный усилитель.

 

 

Рис. 8. Высоковольтный инструментальный усилитель

Сумма напряжений VСМ±VSIG должна находиться в пределах от (V-) +2,5 В до (V+) -2,5 В. Максимальное напряжение питания по такой схеме не может быть больше чем ±50 В.

Для того чтобы измерять ток при помощи резистивного шунта, расположенного на основной шине питания, можно воспользоваться схемой на рисунке 9 (за основу взята предыдущая схема).

 

 

Рис. 9. Усилитель сигнала токового шунта по основной шине питания

VSUPPLY (напряжение на источнике питания) по такой схеме может быть любой полярности. Для примера, если V+ = +50 В и V- = -50 В, то максимальное значение V1 может быть +47,5 В, а минимальное значение V2 составляет -47,5 В.

На рисунках 10 и 11 показаны варианты включения нескольких OPA454 для увеличения максимального выходного напряжения.

 

 

Рис. 10. Неинвертирующая (а) и инвертирующая (б) схемы удвоения максимального выходного напряжения с использованием трех OPA454

 

 

 

Рис. 11. Мостовой усилитель с максимальным выходным напряжением ±195 В

На сегодняшний день все существующие ОУ с рабочим напряжением около 100 В уступают по техническим характеристикам OPA454 или многократно проигрывают по стоимости. Функциональные особенности легко позволяют ОУ OPA454 быть комплементарно совместимым с широким диапазоном операционных усилителей, источников опорного напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, микроконтроллеров и стандартной логики.

Компания Texas Instruments, следуя своим правилам, предлагает разработчикам электронной техники ознакомиться с работой OPA454, предоставив возможность воспользоваться услугой заказа бесплатных образцов.

Подробное техническое описание OPA454: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opa454.pdf .

 

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: [email protected]  

Новые источники опорного напряжения

Компания Texas Instruments представила два новых семейства источников опорного напряжения REF50xx и REF33xx, которые предназначены для высокоточных промышленных приложений, а также для малопотребляющих портативных устройств. REF50xx имеет максимальный показатель нестабильность 3 ppm/°C, точность 0,05% и уровень шума 3 мкВpp/В. Сочетание этих параметров является оптимальным для работы с большинством промышленных АЦП высокого разрешения. REF33xx имеет низкий максимальный уровень тока покоя до 5 мкА, выходной ток до 5 мА и способен работать от напряжения питания 1,8 В, что делает его идеальным для работы в портативных приложениях.

•••

Наши информационные каналы

Высоковольтный стабилизатор на ОУ | HomeElectronics

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассматривал схемы стабилизаторов напряжения на операционных усилителях. Данные схемы обладают хорошими стабилизационными показателями и простотой исполнения, но существует небольшое ограничение их применения, которое заключается в том, что выходное напряжение таких источников питания ограничивается напряжением питания ОУ. В большинстве случаев ОУ имеют питание +/- 15 В или даже +/- 22 В. При использовании таких ОУ в стабилизаторах напряжения, даже с учётом однополярного питания, стабилизируемое напряжение не будет превышать 30…40 В, что в большинстве случаев вполне достаточно. Однако существуют такие устройства, где необходимо стабилизированное выходное напряжение превышающее напряжение питания ОУ. Такие схемы получили название стабилизаторов с «плавающим» ОУ.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Плавающее питание ОУ

Особенностью работы схемы данного типа является то, что питание ОУ не «заземляется» в целом, а находится между напряжением общего провода и напряжением источника питания, то есть как бы «плавает» между ними. Для пояснения работы схем данного типа изобразим принципиальную схему стабилизатора с «плавающим» питание ОУ



Принципиальная схема стабилизатора напряжения с «плавающим» питанием ОУ.

Данная схема является стандартной и описана во многих источниках и учебных пособиях. Операционный усилитель DA1 включен по схеме стабилизатора с умножением опорного напряжения. Опорное напряжение задаётся параметрическим стабилизатором VD1R1, коэффициент умножения – резисторами R4R5 включенными в цепь обратной связи ОУ. Транзистор VT1 включенный на выходе ОУ используется в качестве проходного и служит для увеличения выходной мощности стабилизатора. Данные элементы стандартны во всех стабилизаторах на остове ОУ.

Питание же ОУ осуществляется специальными элементами схемы. Параметрический стабилизатор VD3R3 ограничивает максимальное напряжение питания ОУ. Так как выходное напряжение стабилизатора UВЫХ должно быть меньше напряжения питания положительной полярности UПИТ+, то для его поднятия служит параметрический стабилизатор VD2R2.

Работает данная схема следующим образом. Допустим нам необходимо получить на выходе стабилизатора напряжение UВЫХ = 50 В UВЫХ, в тоже время на входе схемы имеется нестабилизированное напряжение порядка UВХ = 70 В. Напряжение питания ОУ DA1 составляет +/- 15 В, то есть сумма питающих напряжений составит  UПИТ = 30 В, данное напряжение должен обеспечить параметрический стабилизатор VD3R3. В качестве опорного напряжения примем величину равную UОП =10 В, которое обеспечивает стабилизатор VD1R1, а соответствующий коэффициент умножения К = 10 должна обеспечить цепь ООС R4R5, согласно следующему соотношению

Для обеспечения условия превышения напряжения питания над выходным напряжением стабилизатора применяется стабилизатор VD2R2, напряжение стабилизации которого обычно принимают равным 10 В.

Таким образом, независимо от величины входного напряжения разность потенциалов между инвертирующим входом и выходом ОУ ограничена стабилитроном VD1, а напряжение на неинвертирующем входе ненамного отличается от напряжения на инвертирующем входе.

Недостатками данной схемы является то, что при увеличении напряжения на выходе схемы при постоянных остальных параметрах уменьшается коэффициент стабилизации данной схемы. Ещё одним существенным недостатком схемы является то, что на резисторах R1 и R5 присутствует довольно большой потенциал.

Улучшение схемы стабилизатора с «плавающим» питание ОУ

Значительно улучшить характеристики схемы стабилизатора с «плавающим» питанием ОУ можно применив питание ОУ от отдельного источника, а также применив защиту входов ОУ, схема такого стабилизатора показана ниже



Улучшенная схема стабилизатора напряжения на ОУ с «плавающим» питанием.

Данная схема состоит из ОУ DA1, в цепь ООС которого  включена интегрирующая цепочка C1R4, источника опорного напряжения R1VD1, делитель R2R3 для установления коэффициента усиления интегратора и регулирующий элемент на транзисторе VT1 с токоограничительным резистором R5.

Работа данной схемы основана на тех же принципах, что и предыдущая, то есть общий провод (┴) ОУ подсоединен не к общему выводу стабилизатора (UВЫХ-), а к положительному выводу (UВЫХ+). В этом случае создаются условия для перехода транзистора в режим регулирования напряжения и тока.

Основными отличиями данной схемы является то, что для питания ОУ необходим двухполярный источник напряжения общий провод которого подсоединён к положительному выводу стабилизатора напряжения. Кроме этого источник опорного напряжения представляет собой параметрический стабилизатор R1VD1, который питается от положительного вывода двухполярного источника.

Коэффициент усиления данной схемы а следовательно и величина выходного напряжения зависит от опорного напряжения и некоторого коэффициента который задаётся делителем напряжения R2R3. Выходное напряжение определяется из следующего выражения

В отличие от предыдущей схемы в данном стабилизаторе применён интегратор, который служит для устранения самовозбуждения ОУ при резких изменениях нагрузки, в результате которых на входе ОУ возникают скачки напряжения. Величину сопротивления R4 выбирают порядка нескольких килом, а емкость конденсатора C1 – десятков нанофарад.

Защита входов ОУ от перегрузки

В результате работы схемы стабилизатора напряжения на ОУ с «плавающим» питанием на входах ОУ могут возникать всплески напряжения и переходные процессы с высокой амплитудой напряжения, которые могут привести к выходу их строя ОУ. Поэтому необходимо обеспечить защиту входов ОУ. Существует несколько схем, обеспечивающих защиту от высоких дифференциальных и синфазных напряжений на входах ОУ, в основе которых лежат ограничители напряжения на диодах. Данные схемы показаны ниже




Схемы защиты операционного усилителя от превышения входных напряжений.

Изображённые выше схемы защиты входов ОУ действуют по принципу ограничителей напряжения, то есть до тех пор пока входные напряжения ОУ не превышают нескольких сотен милливольт диоды не проводят ток и практически не оказывают никакого влияния на входные сигналы. Как только входное напряжение превысит величину прямого падения напряжения на диодах, то они откроются и перейдут в проводящее состояние, что приведёт к ограничению напряжения на входах ОУ.

Хотите понять эту схему ЦАП и ОУ

  1. Почему на выходе ЦАП резистор 10 кОм? Используется ли он как ограничитель тока? Зачем нужен ограничитель тока, если операционный усилитель потребляет очень мало тока на своем входе?
  2. Почему конденсатор на том же + входе?

Комбинация 10k и 470p образует фильтр нижних частот. Частота среза определяется как f= 12 πR C= 12 π10 K ⋅ 470 р= 34 к Н Zезнак равно12πрСзнак равно12π10К⋅470пзнак равно34 КЧАСZ, Это уменьшит любой высокочастотный шум переключения от ЦАП.

  1. Почему на резисторе обратной связи (453 кОм) имеется конденсатор?

Это уменьшает усиление усилителя на высоких частотах. Опять же, это помогает устранить шум переключения и стабильность усилителя.

  1. Почему существует дополнительное подключение от напряжения ЦАП REF (2,5 В) к делителю напряжения обратной связи отрицательного напряжения операционного усилителя?

Мы видим, что ЦАП питается от +3 В и GND. Поэтому это максимально и минимально возможные выходные напряжения. (На самом деле он будет выдавать только до 2,5 В на выходе, так как это настройка Vref.) Однако усилитель питается от +70 В и -70 В, что означает, что мы ожидаем, что он будет управлять им положительно и отрицательно по отношению К земле, приземляться.

Поскольку ЦАП может давать только положительный выход, мы можем предположить, что 1,25 В (половина Vref) представляет среднюю точку или «ноль» выходного сигнала переменного тока. Поэтому мы ссылаемся на усилитель к этой точке.

Удаление смещения

У нас осталась одна маленькая проблема: мы хотим, чтобы выходное напряжение усилителя составляло 0 В, когда выход АЦП равен 1,25 В. Для этого нам нужно поднять опорную точку инвертирующего входа на 1,25.A1,25Aгде А — усиление. Это делается путем небольшой подстройки отношения с коэффициентом деления потенциала 16k2 и 16k9. (Это добавляет к 33 к3, что заставляет меня думать, что значения были сконструированы для удобства на эталоне 3,33 В.) В любом случае это значение составляет 51,06% от 2,5 В. Усилитель должен будет подвести выходной сигнал до уровня менее 1,25 В, чтобы вытащить инвертирующий сигнал. вход вниз, чтобы соответствовать неинвертирующему входу. Если расчет выполнен правильно, баланс произойдет, когда на выходе будет 0 В.

Я оставлю это в качестве упражнения для читателя, чтобы подтвердить правильность значений!

Электронный научный архив УрФУ: Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения


Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10995/68763

Title: Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения
Other Titles: HIGH-VOLTAGE STABILISER OF DC VOLTAGE
Patent Number: 2372641
Authors: Хохлов, К. О.
Чудиновских, А. А.
Khokhlov, Konstantin Olegovich
Chudinovskikh, Andrej Andreevich
Issue Date: 2009
Abstract: FIELD: electricity. SUBSTANCE: high-voltage stabiliser of DC voltage, comprising stabilising element, voltage converter connected to stabilising element and to primary winding of a transformer, the secondary winding of which is connected to valve-capacitor unit. Two sections of switch unit are connected to outlet of valve-capacitor unit, making it possible to change polarity of output voltage relative to a common wire. Voltage divider is connected to outlet. Unit of inversion is arranged at an operational amplifier (OA). Inverting inlet of OA is connected via the third section of switch unit to divider outlet, and outlet in its turn, through the fourth section of switch — to metre of feedback signal. Lower point of voltage divider is connected to OA outlet and the fourth section of switch. An auxiliary rectifier, outlet of which is connected to metre of feedback signal, is connected to the third winding of transformer. EFFECT: possibility to produce stabilised voltage of positive or negative polarity, which makes it possible to energise high-voltage devices with a supply that varies in polarity, and provision of a low potential in metering and control circuits independently on voltage polarity at the outlet. 2 dwg.
Заявленное изобретение относится к области электротехники, в частности к стабилизаторам напряжения, предназначенным для питания электронных приборов, требующих высокого напряжения. Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий стабилизирующий элемент, преобразователь напряжения, подключенный к стабилизирующему элементу и к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к вентильно-конденсаторному блоку. К выходу вентильно-конденсаторного блока подключены две секции блока переключателей, которые позволяют изменять полярность выходного напряжения относительно общего провода. К выходу подключен делитель напряжения. Блок инверсии выполнен на операционном усилителе (ОУ). Инвертирующий вход ОУ соединен через третью секцию переключателя с выходом делителя, а выход — через четвертую секцию переключателя с измерителем сигнала обратной связи. Нижняя точка делителя напряжения соединена с выходом ОУ и четвертой секцией переключателя. К третьей обмотке трансформатора подсоединен вспомогательный выпрямитель, выход которого соединен с измерителем сигнала обратной связи. Технический результат заключается в возможности получения стабилизированного напряжения положительной или отрицательной полярности, что позволяет питать высоковольтные устройства с различным по полярности питанием, а также обеспечивается низкий потенциал на измерительных и регулирующих цепях независимо от полярности напряжения на выходе. 2 ил.
Keywords: PATENT
INVENTION
ПАТЕНТ
ИЗОБРЕТЕНИЕ
URI: http://hdl.handle.net/10995/68763
RSCI ID: 37559681
Patent Type: Патент на изобретение
Patent Owner: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Общество с ограниченной ответственностью «Мегавольт»
Appears in Collections:Патенты и изобретения

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

TI выпустила высоковольтный ОУ OPA1688 с полосой 10МГц и низким уровнем искажений для аудио приложений

Компания Texas Instruments выпустила в сентябре 2015г микросхемы операционных усилителей OPA1688 и OPA1689, входящих в семейство SoundPlus™ 36-вольтовых однополярных малошумящих ОУ, способных работать в диапазоне напряжений питания от 4.5В (±2.25В) до 36В (±18В). Данные ОУ обладают малым напряжением смещения, высокой температурной стабильностью и малым током покоя. Усилители характеризуются широкой полосой частот, большой скоростью нарастания фронтов и большим выходным током.

Компания Texas Instruments выпустила в сентябре 2015г микросхемы операционных усилителей  OPA1688 и OPA1689, входящих в семейство SoundPlus™ 36-вольтовых однополярных малошумящих ОУ, способных работать в диапазоне напряжений питания от 4.5В (±2.25В) до 36В (±18В). Данные ОУ обладают малым напряжением смещения, высокой температурной стабильностью и малым током покоя. Усилители характеризуются широкой полосой частот, большой скоростью нарастания фронтов и большим выходным током. Одинарные ОУ выпускаются в обычных корпусах типа SOIC-8 и SOIC-14, сдвоенные и счетверённые ОУ выпускаются в микрокорпусах WSON-8 (Dual) и в VQFN-16 (Quad). Усилители способны работать в широком диапазоне питающих напряжений, входной сигнал может превышать напряжение питание (на 0.1В ниже отрицательного и на 2В выше положительного) и это не приводит к инвертированию его фазы, в отличие от большинства других ОУ.  Диапазон рабочих температур составляет от –40°C до 85°C. Основные характеристики ОУ:

 

  • Уровень искажений THD+N, 50мВт, 32Ом, 1КГц  составляет –109 дБ
  • Широкий диапазон напряжений питания:
    • 4.5 V — 36 V, ±2.25 V —  ±18 V
  • Напряжение смещения : ±0.25 мВ
  • Дрейф напряжения смещения: ±0.5мкВ/°C
  • Полоса усиления: 10МГц
  • Низкий входной ток: ±10пА
  • Низкий ток покоя: 1.6 мА на усилитель
  • Низкий уровень шума: 8нВ/√Гц
  • Фильтрация по входам от ЭМ помех
  • Допустимые напряжения на входе равны питающему
  • Размах напряжений на выходе равен питанию
  • Подавление синфазных сигналов на входе: 120дБ

Для заказов обращайтесь в ООО “Макро Тим» по адресу [email protected] и по тел. +7(495)306-0026.

Тип микросхемы и фирма изготовитель

Аналог

Функциональное назначение

Fairchild

Motorola

National

Texas

mA709CH

MC1709G

LM17091

SN72710L

К153УД1АБ

ОУ

mA101H

MLM101G

LM101H

SN52101L

К153УД2

ОУ

mA709H

MC1709G

SN72709L

К153УДЗ

ОУ

LM735

К153УД4

микромощный ОУ

mA725C
mA725H

К153УД5А.Б
К153УД501

прецизионный ОУ

LM301A
LM201Ah

К153УД6
К153УЛ601

ОУ

mA702
mA702C

К140УД1А,Б
КР140УД1А,В

ОУ 

MC1456C
MC1456G

SN72770

К140УД6
КР140УД608

ОУ

mA741H

MC1741G

LM741H

SN72741L

К140УД7

ОУ

mA740H

MC1556G

-—

К140УД8

ОУ с полевым входом

mA709

КР140УД9

ОУ

LM118

SN52118

К140УД10

высокоточный ОУ

LM318

К140УД11

быстродействующий ОУ

mA776C

MC1776G

К140УД12

микромощный ОУ

mA108H

LM108H

SN52108

К140УД14

прецизионный ОУ

LM308

К140УД1408

прецизионный ОУ

LM741CH

К140УД16

прецизионный ОУ

mA747CN
mA747C

 

 

 

К140УД20
КР140УД20

 два ОУ

LM301

К157УД2

два ОУ

MC75110

SN75110N

К170АП1

два передатчика в линию

MC75107

SN75107N

К170УП1

два приемника с линию

mA726

К516УП1

диффер. парастемп. комп.

LM318

SN72318

К538УН1

малошумящий УНЧ

mA740

MC1740P

LM740

SN72740N

К544УД1

ОУ с полевым входом

LM381

К548УН1

два малошумящих предусилителя

mA725B

КР551УД1А.Б

ОУ

mA739C

КМ551УД2А.Е

малошумящий ОУ

mA709

MC1709P

LM709

SN72709N

К553УД1

ОУ

M101AIV

К553УД1А

высокоэкономичный ОУ

LM301AP

 

К553УД2

высокоэкономичный  ОУ

mA709

К533УДЗ

ОУ

LM2900

К1401УД1

четыре ОУ

LM324

К 1401УД2

четыре ОУ

mA747C

LM4250

К1407УД2

прог. малошумящий ОУ

LM343

К1408УД1

высоковольтный ОУ

Учимся любить высоковольтные ИС операционных усилителей

Многие разговоры об аналоговых схемах в наши дни сосредоточены на соображениях малой мощности и, следовательно, низкого напряжения. Конечно, это имеет смысл для операционных усилителей (операционных усилителей), поскольку эти основные аналоговые строительные блоки часто служат буфером или усилителем для сигналов датчиков низкого уровня, которые часто находятся в диапазоне 1 В.

Тем не менее, есть большой кусок аналоговой схемы, связанной с питанием, предназначенный для управления более высокими напряжениями.В некоторых случаях речь идет о поддержке эффективной передачи мощности, поскольку более высокие напряжения требуют меньшего тока для заданного уровня мощности и, следовательно, вызывают меньшее падение напряжения IR и потери мощности I 2 R. Однако для многих из этих приложений с более высоким напряжением это не проблема самой мощности; вместо этого просто по законам физики требуется более высокое напряжение, даже если ток низкий или умеренный. Среди приложений широко используемые пьезоэлектрические преобразователи, используемые в ультразвуковых системах, пьезопрецизионные позиционеры нанометрового диапазона, лавинные фотодиоды (APD) в системах LIDAR, смещение однофотонных лавинных диодов (SPAD) и полупроводниковое автоматическое испытательное оборудование (ATE). .

Не так давно адаптация операционного усилителя для подачи напряжения около 50 В или выше была сложной задачей. Обычно это достигалось, начиная со стандартного операционного усилителя в диапазоне от 15 до 24 В, а затем увеличивая его выход с помощью дискретных транзисторов. В принципе это может выглядеть просто с дополнительными устройствами PNP и NPN ( Рисунок 1 ). Однако добиться симметричной производительности было сложно, и лучшая схема требовала более пассивных комментариев (, рис. 2, ).

Рисунок 1 В этой базовой схеме используется пара дополняющих друг друга дискретных транзисторов для усиления размаха выходного сигнала низковольтного операционного усилителя.Источник: DIYstompboxes/Simple Machines Forum

Рисунок 2 Усовершенствованная схема повышения напряжения требует значительно большего количества компонентов для обеспечения симметричной и линейной работы во всем диапазоне колебаний выходного сигнала. Источник: ссылка 1; Рисунок 9

Полная характеристика производительности при всех нагрузках и других условиях отнимала много времени и требовала анализа, основанного на неизбежных допусках этих добавленных компонентов. Были также предварительно упакованные гибридные устройства, которые были эффективны для более высоких напряжений; в них использовался операционный усилитель, упакованный с необходимыми соответствующими компонентами в небольшом корпусе, который электрически выглядел как операционный усилитель, но с возможностью работы с более высоким напряжением, а также с защитой от перегрузки и перегрева.

К счастью, в последние несколько лет поставщики интегральных схем работали над преодолением технологических ограничений, которые ограничивали аналоговые компоненты более низкими напряжениями. Например, высоковольтный (180 В), сильноточный (30 мА типичный, 45 мА максимальный) операционный усилитель Texas Instruments OPA462 работает с биполярным питанием от ±6 В (12 В) до ±90 В (180 В) и имеет частоту 6,5 МГц. произведение усиления на полосу пропускания и скорость нарастания 32 В/мкс (, рис. 3, ). Миниатюрные размеры упаковки впечатляют, размер корпуса около 5х4 мм (плюс внешние выводы).

Рис. 3 Операционный усилитель Texas Instruments OPA462 может обеспечивать выходной сигнал ±90 В при типичном токе 30 мА. Источник: Texas Instruments

.

TI — не единственная недавняя разработка в области этих высоковольтных операционных усилителей. У Analog Devices есть ADHV4702-1, прецизионный операционный усилитель с диапазоном напряжения от 24 В до 220 В, который может использовать как симметричные, так и несимметричные источники питания (, рис. 4, ). Этот операционный усилитель имеет типичную скорость нарастания до 74 В/мкс и полосу пропускания малого сигнала 10 МГц. Устройство с 12 отведениями имеет размеры всего 7×7 мм и соответствует расстоянию, указанному в стандарте IEC 61010-1 «Требования безопасности к электрическому оборудованию для измерения, контроля и лабораторного использования. Часть 1. Общие требования» (ссылки 2 и 2). 3).

Рис. 4 ADHV4702-1 от Analog Devices — это устройство на 220 В, которое может использовать симметричные или асимметричные биполярные источники питания. Источник: ссылка 7; стр. 3

К сожалению, эти высоковольтные операционные усилители или проектные ситуации не обсуждаются или практически не изучаются даже в программах энергоэффективности, связанных с питанием. Я знаю, что есть много материала для изучения, и легко сидеть здесь за клавиатурой и провозглашать, что то-то и то-то нужно добавить в учебную программу, когда в сутках всего 24 часа и много требований к учащимся и время учителей.Тем не менее, у них есть свои тонкости, такие как необходимость в защитном кольце вокруг неинвертирующего входа и необходимость приведения их к потенциалу, который отслеживает вход, чтобы свести к минимуму утечку из соседних контактов.

Итак, мне интересно, почему такое невнимание. Не потому ли, что высоковольтный аналог рассматривается как ниша внутри ниши, и для студентов важнее сосредоточиться на основах операционных усилителей? Или работа лаборатории с более высоким напряжением представляет собой реальный риск, даже если студенческие лаборатории не должны соблюдать требования по утечке тока и зазорам, которые применяются к продуктам, предлагаемым для коммерческой продажи (ссылки 4 и 5)?

Приходилось ли вам когда-нибудь использовать операционные усилители с более высоким напряжением? Как вы добились поставленных целей? Должны ли студенты, изучающие аналоговое/энергетическое электроснабжение, знакомиться с ними наряду с практическим взаимодействием?

Билл Швебер (Bill Schweber) — специалист по инженерному строительству, автор трех учебников, сотен технических статей, колонок мнений и описаний продуктов.

Ссылки

  1. Джим Уильямс, «Каскады усиления мощности для монолитных усилителей», AN-18, Analog Devices/Linear Technology Corp.
  2. «IEC 61010-1: Система схем оценки соответствия IEC для электротехнического оборудования и компонентов (IECEE)», IEC 61010-1:2010.
  3. «IEC 61010-1, издание 3», Analog Devices.
  4. «Понимание стандартов утечки и зазоров печатных плат», Tempo Automation.
  5. «Правила зазоров и утечки для сборки печатных плат», Optimum Design Associates.
  6. OPA462, Техас Инструментс.
  7. ADHV4702-1, Аналоговые устройства.

Статьи по теме :

Мощный операционный усилитель, 1200 В, 75 мА | ТОП-электроника

Технические характеристики изделия

PA89 — Мощный операционный усилитель высокого напряжения, 1200 В, 75 мА

PA89 — это операционный усилитель сверхвысокого напряжения на МОП-транзисторах, рассчитанный на выходной ток до 75 мА. Выходные напряжения могут колебаться более 1000 В от пика до пика.Зона безопасной работы (SOA) не имеет ограничений по второму пробоям и может соблюдаться для всех типов нагрузок путем выбора соответствующего токоограничивающего резистора. Высокая точность достигается за счет каскодной конфигурации входной цепи и усиления без обратной связи 120 дБ. Все внутренние смещения относятся к источнику тока стабилитрона-MOSFET с самозагрузкой, что дает PA89 широкий диапазон питания и отличное подавление напряжения питания. Выходной каскад MOSFET смещен для линейной работы класса A/B. Внешняя компенсация обеспечивает гибкость пользователя.

PA89 прошел 100% проверку на полную утечку в соответствии с военными стандартами для обеспечения долгосрочной надежности. В этой гибридной интегральной схеме используется подложка из бериллия (BeO), толстопленочные резисторы, керамические конденсаторы и полупроводниковые микросхемы для обеспечения максимальной надежности, минимальных размеров и максимальной производительности. Сваренные ультразвуком алюминиевые провода обеспечивают надежное соединение при любых рабочих температурах. Корпус MO-127 High Voltage, Power Dip™ герметичен и электрически изолирован. Использование сжимаемых термошайб приведет к аннулированию гарантии на изделие.

ТИПИЧНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Способность работать со сверхвысоким напряжением в сочетании с конфигурацией мостового усилителя позволяет развивать пиковые колебания +/–1000 вольт на пьезоэлементе. Высокий коэффициент усиления –50 для A1 обеспечивает стабильность при емкостной нагрузке, в то время как компенсация «шумового усиления» Rn и Cn на A2 обеспечивает стабильность A2 за счет усиления шума 50.

ХАРАКТЕРИСТИКИ
• СИГНАЛЬНЫЙ ВЫХОД 1140 В PP
• ШИРОКИЙ ДИАПАЗОН ПИТАНИЯ — от ±75 В до ±600 В
• ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ПРЕДЕЛ ТОКА
• НЕПРЕРЫВНЫЙ ВЫХОДНОЙ ТОК 75 мА
• ГЕРМЕТИЧНАЯ УПАКОВКА
• ЗАЩИТА ВХОДА

ПРИЛОЖЕНИЯ
• ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ
• ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
• ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ОТКЛОН
• ТЕСТИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

— Продукт микротехнологий APEX —

TI представляет прецизионный операционный усилитель мощности для высоковольтных приложений

Главная > Продукция > TI представляет прецизионный операционный усилитель мощности для высоковольтных приложений

Мощность

13 февраля 2008 г.

Администратор ЕС

Компания Texas Instruments Incorporated сегодня представила прецизионный операционный усилитель мощности, который работает от источников питания до 100 В и обеспечивает высокий выходной ток ±50 мА с пределом короткого замыкания 150 мА.Движущей силой разработки OPA454 было высоковольтное испытательное оборудование, для которого требуется сочетание высокого напряжения с высокой точностью постоянного тока и значительной скоростью. Таким образом, OPA454 является привлекательным вариантом для широкого спектра прецизионных операционных усилителей, включая оптическую связь, промышленное управление, сбор данных, источники питания и регуляторы.

OPA454 стабилен при единичном усилении и может отслеживать быстро движущиеся сигналы, поскольку имеет скорость нарастания 10 В/мкс и произведение усиления на полосу пропускания, равное 2.5МГц. С одним или двумя источниками питания от ±4 В (8 В) до ± 50 В (100 В), OPA454 предлагает гибкость конструкции и удобство в одном корпусе, даже для рутинных приложений. Высокая точность постоянного тока с максимальным смещением 4 мВ и дрейфом 5 мкВ/Кл позволяет точно измерять постоянный ток в зависимости от температуры. OPA454 также имеет низкий ток смещения ±110 пА, что позволяет выполнять точные измерения от источников с высоким импедансом или чувствительных токовых шунтирующих цепей.

Дополнительные функции включают быстродействующий контакт включения/выключения, связанный с общим контактом, который можно заземлить.Эта функция экономит энергию и обеспечивает защиту усилителя и нагрузки. Кроме того, флаг состояния выхода, относящийся к общему контакту, сообщает пользователю, когда возникает состояние перегрузки по току или тепловой перегрузки. Это позволяет легко подключаться к низковольтным логическим схемам.

Технология TI PowerPAD™ включает в себя небольшую открытую металлическую пластину, которая позволяет легко отводить тепло в расширенном диапазоне промышленных рабочих температур от -40°C до 125°C. Несмотря на то, что этот операционный усилитель общего назначения предназначен для высоковольтных приложений, он хорошо подходит для систем, требующих фиксированного общего питания более 36 В или переменного питания от ± 5 В до ± 50 В.Функциональность устройства будет дополнена широким набором сигнальных операционных усилителей (OPA735), эталонов (REF50xx), преобразователей данных (DAC8811), микроконтроллеров и стандартной логики.

Аналог планеты

— Zap! Высоковольтные операционные усилители уже здесь

Я вижу, что компания Linear Technology (LTI) представила новый операционный усилитель, который они называют устройством на 140 В.

Характеристики выглядят чертовски хорошо — работа от одного источника питания 140 В или ± 70 В, когда вам нужен биполярный режим. Выход Rail-to-rail, поэтому вы можете в полной мере использовать доступные высоковольтные источники питания. Входной ток утечки/смещения не уступает многим низковольтным устройствам — обычно 3 пА. Входное напряжение смещения не представляет собой ничего особенного, максимум 1,6 мВ, но терпимо, учитывая устройство. Произведение усиления на полосу пропускания (GBW) составляет 10 МГц, а скорость нарастания — 19 В/мкс. Низкочастотный шум оценивается как 3.5 мкВ размах; так что довольно хорошо для вероятных приложений.

Эти приложения обычно используются в качестве драйвера выводов в автоматизированном испытательном оборудовании (ATE), в качестве пьезоэлектрического драйвера или, возможно, для буферизации и усиления выходного сигнала ЦАП. Пьезоустройства часто используются в качестве исполнительных механизмов, а иногда и в качестве трансформаторов. Аудио приложения также возможны.

Вероятно, этот операционный усилитель можно было бы использовать в сервоусилителях. В сочетании с подходящими мощными полевыми транзисторами у вас будет шикарный мощный усилитель. Я сделал подобную конструкцию для привода двигателя на 90 В постоянного тока несколько лет назад.Мне пришлось прыгать через обручи, чтобы придумать дизайн. Мне пришлось сдвигать уровень и усиливать выходной сигнал обычного операционного усилителя ±15 В вверх и вниз, чтобы управлять выходным каскадом (и он должен был оставаться стабильным — желательная функция). В этой части моего проекта использовалось несколько биполярных транзисторов NPN и PNP.

Конечно, если бы я сделал такую ​​же конструкцию сейчас, я бы, вероятно, использовал топологию H-моста и ШИМ-привод. Но это было бы специфично для моторного привода. В обозримом будущем драйвер штифтов и пьезопривод, скорее всего, останутся чисто аналоговыми.Кроме того, они не являются мощными приложениями, поэтому они хорошо подходят для этого операционного усилителя.

LTC6090 доступен в стандартном корпусе SO-8 и в корпусе TSSOP; пакет TSSOP включает в себя защитные контакты, расположенные рядом с входными, выходными и питающими контактами. Почему вас волнуют защитные штифты? Если вы посылаете низкоуровневые сигналы на входы с высоким входным сопротивлением операционных усилителей — и учитывая, что рядом будет какое-то очень высокое напряжение — вам наверняка будет интересна эта функция.

И еще одна подробность о упаковках.У них есть медная пластина, которую можно припаять к медной пластине на печатной плате, чтобы помочь отвести тепло от корпуса.

Это медная пластина на нижней стороне упаковки, показанная пунктирным прямоугольным многоугольником.

При питании ±70 В и возможном максимальном выходном токе 10 мА необходимо учитывать рассеиваемую мощность. Ток покоя устройства составляет чуть менее 4 мА. Цена небольшого количества составляет около 3,50 долларов США.

Вы можете найти техническое описание в Datasheets.com и более подробную информацию прямо от Linear Technology, нажав здесь.

6.4: Операционные усилители для приложений с большими токами, мощностью и напряжением

Операционные усилители общего назначения обычно работают на шинах питания не более \(\pm\)15 В и обычно производят менее 40 миллиампер выходного тока. Это делает невозможным их прямое подключение к нагрузке с низким импедансом, такой как громкоговоритель или двигатель. Отсутствие возможности работы с высоким напряжением сказывается во многих областях, в том числе во многих видах технологий отображения.Короче говоря, операционные усилители общего назначения — это маломощные устройства. Есть несколько способов обойти эти ограничения. Один из способов увеличения выходного тока с помощью дискретного повторителя был показан в главе 4. В последние годы производители выпускают различные операционные усилители с повышенной мощностью.

6.4.1: Сильноточные устройства

Пожалуй, самым непосредственным желанием получить операционные усилители с более высокой пропускной способностью по току стало аудиосообщество. Если бы операционный усилитель можно было напрямую подключить к громкоговорителю, можно было бы сэкономить много времени и денег для работы по проектированию аудиосистем общего назначения.Вместо набора, возможно, полудюжины транзисторов и нескольких необходимых резисторов смещения и конденсаторов можно изготовить аудиоусилитель с одним операционным усилителем и всего несколькими резисторами и конденсаторами. Действительно, некоторые из первых устройств с высокой выходной мощностью были нацелены непосредственно на аудиорынок. К 1980 году можно было выбирать из ряда усилителей, предназначенных для управления громкоговорителями мощностью от 1 до 5 Вт. Стремясь сделать конструкцию еще проще, строгая форма операционного усилителя была изменена, и были произведены устройства с предустановленным и программируемым коэффициентом усиления.Из-за повышенных требований к рассеиванию от стандартного пластикового двойного линейного корпуса отказались в пользу многовыводных корпусов в стиле TO-220. Созданы устройства, способные выдавать выходные токи свыше 10 ампер. Помимо использования в области аудио/коммуникаций, эти сильноточные устройства находят применение в приложениях с прямым приводом двигателя, источниках питания и схемах регулирования, а также в других областях.

Давайте подробнее рассмотрим несколько репрезентативных устройств. Во-первых, в нижней части шкалы находится LM386.Это низковольтное устройство существует уже много лет и размещено в удобном для любителей 8-контактном мини-DIP. Он работает от одного источника питания между 4 и 12 В и способен производить 0,8 Вт при нагрузке 16 \(\Омега\) с 3% THD. Усиление установлено внутри на 20, но может быть увеличено до 200 с добавлением нескольких дополнительных компонентов. Для макета с минимальной конфигурацией требуется только один внешний компонент, как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). В минимальной конфигурации обходной конденсатор PSRR отсутствует.Это дает PSRR менее 10 дБ. Более респектабельный PSRR 50 дБ может быть достигнут путем добавления конденсатора 50 мкФ от байпасного вывода PSRR к земле. Небольшое количество требуемых внешних компонентов связано с тем, что внутренний канал обратной связи уже установлен производителем. Обычно это устройство не устанавливается в тех формах, которые мы уже рассмотрели. Сконфигурированная, как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\), схема имеет полосу пропускания 300 кГц и входное сопротивление 50 кОм\(\Омега\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Простой усилитель мощности.

Типичное приложение, использующее LM386, показано на рисунке \(\PageIndex{2}\). Это персональный усилитель под названием The Pocket Rockit. Он предназначен для музыкантов, чтобы они могли подключить к устройству гитару, клавишные или другой электронный инструмент и слушать, что они играют, через пару наушников. По сути, это усилитель для личной практики. В соответствии с его небольшим портативным дизайном, Pocket Rockit работает от одной 9-вольтовой батареи.Обратите внимание, как методы смещения с однополярным питанием, описанные в главе 4, используются для смещения операционных усилителей 1a и 1b.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Схема Pocket Rockit. От Electronic Musician, Vol. 3, № 6, перепечатано с разрешения

Схема состоит из трех основных блоков. Первый блок служит предусилителем и схемой искажения. Поскольку нагрузка для первого каскада состоит из пары диодов \(D_2\) и \(D_3\), большие выходные сигналы будут отсекаться при прямом напряжении диода.Обычно отсечение не является желательным результатом при проектировании линейных схем, но оно может быть эстетически приятным, особенно применительно к гитаре. (Это тот случай, когда субъективные оценки могут заставить дизайнера делать довольно странные вещи.) Второй этап включает в себя регулятор низких/средних/высоких частот. Это не более чем частотно-избирательный усилитель, который будет подробно рассмотрен в одиннадцатой главе. С точки зрения музыканта, это позволяет управлять цветом тона или тембром звука. На последнем этапе используется LM386 для управления парой мини-наушников.Как видите, секция усилителя мощности самая маленькая из трех. Он использует внутреннее усиление по умолчанию, равное 20, и включает \(C_{20}\) для оптимального PSRR. Это важная деталь, так как эта схема также может питаться от адаптеров переменного тока на 9 В, которые не отличаются низким уровнем шума. Регулятор громкости — это просто потенциометр, который действует как делитель напряжения для входного сигнала. Повсюду используются разделительные конденсаторы, чтобы предотвратить влияние сигналов смещения постоянного тока на нагрузку или соседние каскады. Они также используются, чтобы убедиться, что на потенциометрах не появляются потенциалы постоянного тока, которые могут увеличить шум настройки.Неплохим потенциальным усовершенствованием конструкции стала бы замена LM386 на более эффективный LM4951 (1,8 Вт на 8 \(\Omega\)). Эта микросхема предлагает режим отключения при слабом токе, внутреннюю схему для подавления переходных процессов при включении/выключении питания и стабильный единичный коэффициент усиления.

Другая возможность заключается в использовании секции перед регулятором громкости в качестве входного каскада более традиционного инструментального усилителя. В этом случае LM386 можно было бы заменить гораздо более мощным устройством, таким как LM3886 с таким же названием, вместе с соответствующим образом модернизированным источником питания постоянного тока.LM3886 предлагает среднюю выходную мощность 38 Вт при нагрузке 8 \(\Omega\) с не более 0,1% THD в звуковом спектре от 20 Гц до 20 кГц при работе от источника питания \(\pm\)28 вольт. и 68 Вт при нагрузке 4 \(\Омега\). Он имеет защиту от короткого замыкания на выходе, отключение звука на входе и защиту от включения/выключения источника питания. Поставляется в удлиненном кейсе ТО-220. Пример усилителя показан на рисунке \(\PageIndex{3}\).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Мощный усилитель на LM3886.Перепечатано с разрешения Texas Instruments

Еще дальше находится Apex PA05. Это очень сильноточное устройство, способное производить 30 ампер и может работать с источниками питания до \(\pm\)50 вольт. Внутреннее рассеивание мощности составляет 250 Вт, доступно программируемое резистором ограничение тока. Очевидно, что при таком рассеивании мощности, на которое способно это устройство, нельзя упускать из виду соответствующие методы охлаждения, такие как радиаторы.

Хотя PA05 можно использовать в качестве усилителя мощности звука, существует множество других областей применения, в которых он может подойти.One example is the sonar drive circuit shown Figure \(\PageIndex{4}\). Here the sonar transducer is driven via a tuned transformer. The circuit is a parallel-parallel inverting configuration. \(R_{CL}\) is the current limit sense resistor.

Figure \(\PageIndex{4}\): Sonar drive circuit using PA05. Reprinted courtesy of Apex Microtechnology

Other possible applications include direct drive of modestly sized motors and programmable power supplies.

OPA549:High-Voltage, High-Current Op Amp, Excellent Output Swing _ BDTIC a Leading Distributor in China



OPA549:High-Voltage, High-Current Op Amp, Excellent Output Swing _ BDTIC a Leading Distributor in China
  • 系统产品SYSTEM
  • 电子元器件COMPONENTS
  • 电子电路设计开发DESIG
  • 简体中文
  • English

PartNumberDocuments

  • MANUFACTURERS
  • PRODUCTS
  • SUPPORT
  • CONTACT
  • 简体中文
  • English
High-Voltage, High-Current Operational Amplifier OPA549
所选封装材料的热学和电学性质 DCP010505B
高速数据转换 OPA3875
运算放大器的单电源操作 OPA3875
MTTF, Failrate, Reliability, and Life Testing OPA541
Tuning in Amplifiers OPA3875
Op Amp Performance Analysis OPA3875
DC MOTOR SPEED CONTROLLER: Control a DC Motor without Tachometer Feedback OPA544
Power Amplifier Stress and Power Handling Limitations BUF634
模拟信号链路产品指南 (Rev.B) BQ24392
OPA549 PSpice Model OPA549
OPA549 TINA-TI Reference Design OPA549
OPA549 TINA-TI Spice Model OPA549
Products 产品服务
  • 微处理器
  • 电源管理芯片
  • 存储器
  • 放大器和线性器件
  • 接口
  • 开关与多路复用器
  • 时钟
  • 数据转换器
Manufacturers 生产厂家
  • ADI
  • Avago
  • Cypress
  • infineon
  • Linear
  • maxim
  • Microchip
  • NXP
  • ON
  • Panasonic
  • renesas
  • ROHM
  • ST
  • TI
  • TOSHIBA
  • Vishay
Sales 联系购买
  • +微信:@BDTIC (二维码)
  • + QQ:800164444 (二维码) + QQ:
  • Email:[email protected]
  • About 关于我们
  • Business 商务合作
  • Careers 人才招聘
  • Sitemap 网站导航
  • Privacy 隐私条款

©1993 — 2022 BDTIC

OPA547F OPA547 F OP Amp High Voltage High Current Burr Brown®

First Class Mail Shipping Costs:

Order Total Minimum
Order Total Maximum
USA First Class Shipping Rates
$00.01
25,00 $
5,85 $
25,01 $
35,00 $
6,85 $
35,01 $
45,00 $
8,85 $
45,01 $
55,00 $
9,85 $
55,01 $
75,01 $
11,85 $
75 долларов.01
100,00 $
12,85 $
100,01 $
200,00 $
14,85 $
200,01 $
300,00 $
15,85 $
300,01 $
500,00 $
17,85 $
500,01 $
+
18 долларов.85

Стоимость доставки приоритетной почтой:

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Тарифы на доставку Priority Mail в США
$00,01
25,00 $
10,50 $
25,01 $
35,00 $
11,50 $
35,01 $
45 долларов.00
12,50 $
45,01 $
55,00 $
13,50 $
55,01 $
75,01 $
14,50 $
75,01 $
100,00 $
16,50 $
100,01 $
200,00 $
18,50 $
200 долларов.01
300,00 $
21,50 $
300,01 $
500,00 $
24,50 $
500,01 $
+
25,50 $

Канада, первый класс, международный (исключения см. на странице доставки)

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Канада Первый класс Международный
$00.01
45,00 $
15,95 $
45,01 $
90,00 $
29,95 $
90,01 $
150,00 $
49,95 $
150,01 $
300,00 $
59,95 $
300,01 $
700,00 $
79 долларов.95
700,01 $
2000,00 $
99,95 $

Приоритетная почта Канады (исключения см. на странице доставки)

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Приоритетная почта Канады
$00,01
45,00 $
36,95 $
45 долларов.01
90,00 $
45,95 $
90,01 $
150,00 $
59,95 $
150,01 $
300,00 $
79,95 $
300,01 $
700,00 $
99,95 $
700,01 $
2000,00 $
109 долларов.95

Международный — за пределами США/Канады (исключения см. на странице доставки)

Сумма заказа Минимум
Сумма заказа Максимум
Международный — за пределами США/Канады
100,00 $
150,00 $
79,95 $
150,01 $
300,00 $
99 долларов.95
300,01 $
500,00 $
139,95 $
500,01 $
1000,00 $
169,95 $
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.