Проверка операционного усилителя. Проверка операционных усилителей: методы тестирования и основные параметры

Как проверить работоспособность операционного усилителя. Какие основные параметры нужно измерить при тестировании ОУ. Какие схемы использовать для проверки характеристик операционных усилителей. Как интерпретировать результаты измерений ОУ.

Методы проверки операционных усилителей

Операционные усилители (ОУ) являются одними из наиболее распространенных компонентов аналоговой электроники. Для обеспечения надежной работы устройств на их основе очень важно уметь правильно проверять характеристики ОУ. Рассмотрим основные методы тестирования операционных усилителей:

Измерение выходного импеданса

Выходной импеданс — один из ключевых параметров ОУ. Его измерение позволяет оценить способность усилителя работать на нагрузку. Для измерения выходного импеданса используются две схемы:

• Схема с разомкнутой цепью обратной связи — позволяет измерить собственный выходной импеданс ОУ (ZO)
• Схема с замкнутой цепью обратной связи — измеряет выходной импеданс усилителя в рабочем режиме (ZOUT)

Важно измерять оба этих параметра, так как они могут существенно различаться. Например, у современных прецизионных ОУ ZO может достигать сотен кОм, а ZOUT — единиц Ом.

Проверка коэффициента усиления

Коэффициент усиления — основной параметр, определяющий усилительные свойства ОУ. Его также необходимо измерять в двух режимах:

• Коэффициент усиления с разомкнутой ОС (AOL) — характеризует собственные свойства усилителя
• Коэффициент усиления с замкнутой ОС (ACL) — показывает реальное усиление в схеме

Для измерения AOL используется схема с большим сопротивлением в цепи ОС. ACL измеряется при типовых значениях сопротивлений в цепи ОС.

Основные параметры ОУ при тестировании

При комплексной проверке операционных усилителей необходимо измерить следующие ключевые параметры:

• Выходной импеданс ZO и ZOUT
• Коэффициенты усиления AOL и ACL
• Входной ток смещения
• Напряжение смещения нуля
• Полоса пропускания
• Скорость нарастания выходного напряжения
• Коэффициент ослабления синфазного сигнала
• Коэффициент влияния нестабильности питания

Измерение этих параметров позволяет получить полное представление о характеристиках и работоспособности операционного усилителя.

Схемы для проверки характеристик ОУ

Для тестирования операционных усилителей используются следующие основные схемы:

Схема измерения выходного импеданса

Для измерения ZO используется схема с разомкнутой ОС:

• На инвертирующий вход подается напряжение смещения через большое сопротивление
• Неинвертирующий вход заземляется через конденсатор
• На выход подключается источник тока
• Измеряется напряжение на выходе при разных частотах

Для измерения ZOUT используется аналогичная схема, но с типовой цепью ОС.

Схема измерения коэффициента усиления

Для измерения AOL:

• На вход подается малый синусоидальный сигнал
• ОС размыкается или делается очень большое сопротивление в цепи ОС
• Измеряется отношение выходного сигнала к входному

Для измерения ACL используется типовая схема включения ОУ с заданным коэффициентом усиления.

Интерпретация результатов измерений ОУ

При анализе результатов тестирования операционных усилителей необходимо обращать внимание на следующие аспекты:

• Соответствие измеренных параметров паспортным данным (с учетом допусков)
• Характер частотных зависимостей коэффициента усиления и выходного импеданса
• Стабильность параметров при изменении напряжения питания и температуры
• Линейность характеристик в рабочем диапазоне сигналов
• Запас по фазе и устойчивость работы с типовыми цепями ОС

Правильная интерпретация результатов измерений позволяет сделать вывод о пригодности конкретного экземпляра ОУ для использования в разрабатываемом устройстве.

Проверка ОУ в составе готовой схемы

Помимо измерения параметров отдельных операционных усилителей, важно также уметь проверять их работоспособность в составе готовых устройств. Для этого используются следующие методы:

• Измерение напряжений в контрольных точках схемы
• Подача тестовых сигналов на вход и анализ выходного сигнала
• Проверка частотных характеристик устройства
• Анализ нелинейных искажений
• Оценка шумовых параметров

Такой комплексный подход позволяет не только выявить неисправные ОУ, но и оценить правильность их применения в конкретной схеме.

Автоматизированные системы тестирования ОУ

Для массовой проверки операционных усилителей применяются автоматизированные измерительные комплексы. Они позволяют быстро и точно измерять все основные параметры ОУ. Типовая система тестирования включает:

• Многоканальные источники питания и генераторы сигналов
• Прецизионные вольтметры и анализаторы спектра
• Коммутаторы для подключения выводов тестируемых ОУ
• Климатическую камеру для испытаний в заданном диапазоне температур
• Управляющий компьютер со специализированным ПО

Использование таких систем значительно повышает производительность и достоверность контроля качества операционных усилителей.

Особенности проверки современных ОУ

Современные прецизионные и высокоскоростные операционные усилители имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать при их тестировании:

• Сверхмалые входные токи (единицы пА) требуют применения специальных методов измерения
• Высокая чувствительность к паразитным емкостям и наводкам
• Сложные частотные характеристики с несколькими полюсами и нулями
• Наличие встроенных цепей коррекции и защиты
• Возможность программирования некоторых параметров

Все эти факторы должны приниматься во внимание при разработке методик тестирования современных ОУ.

Как проверить операционный усилитель тестером

Раздел: Ремонт CarAudio. Шлейфы для Prology,P Раздел: Продаю. Программатор TLII Раздел: Программаторы.

Поиск данных по Вашему запросу:

Как проверить операционный усилитель тестером

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Методы проверки операционного усилителя
• Тестер операционных усилителей (ОУ). поделитесь схемами
• Электроника для начинающих
• Как проверить операционный усилитель.
• Single LM741 & Dual LM358 & similar pinout OpAmps ICs Series IC Tester PWM-TESTOPAM1
• Lm358n как проверить
• Проверка работоспособности операционных усилителей
• Тестер микросхем — операционных усилителей
• Тестер поддельных операционных усилителей (с Aliexpress)
• Lm358n как проверить

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Тестер all-audio.pro руками!!!

Методы проверки операционного усилителя

Портал о науке и технике Статьи Новости Видео Обзоры.

Забыли пароль? Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал. Главная Схемотехника Как проверить операционный усилитель. Как проверить операционный усилитель. На днях купил в магазине операционный усилитель ОУ за 1.

То что виноват в работоспособности схемы ОУ сомнений не было, поэтому выпаял купленный ОУ и решил проверить. Соединил инвертирующий вход с выходом, подал питание и напряжение на прямой вход 1V , исправный ОУ на выходе должен был выдать то, что подал ему на вход, собственно в этом и заключается проверка ОУ, а у меня на выходе ноль.

Похожие статьи. Анализ схем, построенных на ОУ. Борьба с шумом от импульсного преобразователя. Буфер с большим выходным током. Весы на микроконтроллере, подключение HX к Atmega Внутренности SMD4. Использование конденсатора в электронике. Использование резисторов в электронике. Как выбрать mosfet. Как запустить кварц на третьей гармонике. Как из переменного напряжения получить постоянное или как работает диод. Как из шима получить постоянное напряжение.

Как измерить выходное сопротивление.

Как измерить длину коаксиального кабеля и его волновое сопротивление с помощью осциллографа. Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа. Как измерить отрицательное напряжение с помощью АЦП, продолжение Как измерить отрицательное напряжение с помощью АЦП. Как ограничить индуктивные выбросы или для чего параллельно реле подключается диод.

Как определить частоту по фигуре Лиссажу. Как получить отрицательное напряжение. Как проверить кварцевый резонатор. Как работает Octopus. Посетите наш канал.

Тестер операционных усилителей (ОУ). поделитесь схемами

Существует большое разнообразие данных микросхем, и они несовместимы между собой по расположению выводов. Эти микросхемы можно проверить, задав рабочий режим, что можно сделать на специально собранном для конкретного случая стенде, куда микросхема подключается при помощи универсальной контактной панельки, либо же проверку проводить уже в составе собранной на них схеме. Второе более удобно, так как требуег меньше времени. Теперь непосредственно о проверке. Прежде всего, надо измерить уровни питающих напряжений, напряжения на входах микросхемы, атакже на выходе цифровым вольтметром. Обычно, если известны номиналы резисторов отрицательной обратной связи, то, посчитав коэффициентусиления, можно сделать выводы о том, что должно быть на выходе и с каким знаком, конечно, если это линейный усилитель. Сомнения могут возникнуть при проверке более сложных схем интеграторов, автогенераторов и др.

Конкретно по рисунку из ссыфлки — неисправен ОУ. Это ж вход, причём операционник (УД7, если я правильног помню аналоги) не.

Электроника для начинающих

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Своими руками. Последний раз. Часть 2. Ужосы переразряда. Делаем UPS для радиотелефона. Dareu EK

Как проверить операционный усилитель.

И твоя помощь в этом нужна очень сильно. Основными источниками радиодеталей для радиолюбителей являются неисправная электроника и Aliexpress. И если с первым всё понятно, детали там почти всегда хорошие, то со вторым всё не так просто. В одноимённом разделе мы стараемся регулярно публиковать обзоры хороших радиодеталей и готовых модулей из Китая. В основном, их качество вполне достойное, хотя бывают и исключения.

В радиолюбительской практике нередко приходится применять ОУ, извлеченные из старых конструкций или печатных плат.

Single LM741 & Dual LM358 & similar pinout OpAmps ICs Series IC Tester PWM-TESTOPAM1

Перейти к содержимому. У вас отключен JavaScript. Некоторые возможности системы не будут работать. Пожалуйста, включите JavaScript для получения доступа ко всем функциям. Отправлено 19 Июнь — В журнале «Радио» за какие то там е годы начало по моему

Lm358n как проверить

Если в результате работы схемы не происходит поочередное вспыхивание светодиодов, то операционный усилитель неисправен. Перед включением убедитесь, что светодиоды включены правильно. Имейте в виду, что точка на корпусе светодиода нанесена со стороны катода. При неправильном включении светодиоды будут вспыхивать синхронно. Напряжения батареек должны быть одинаковой величины, в противном случае яркость свечения одного из светодиодов будет выше.

При налаживании различных схем с применением операционных усилителей (ОУ) возникает необходимость предварительно.

Проверка работоспособности операционных усилителей

Как проверить операционный усилитель тестером

Устройство, которое лежит в разобранном виде передо мной, не работает, потому я его и разобрал. Но можно проверить работоспособность элементов, а если найдется что-то явно вышедшее из строя, попробовать заменить неисправный элемент. Однако вначале, кому-то не интересно, но кому-то может показаться полезным, разберемся с тем.

Тестер микросхем — операционных усилителей

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Тест звучания операционных усилителей. Null Test OpAmp.

Операционные усилители очень широко применяются в современных схемотехнических решениях. ОУ используются в качестве усилителей, компараторов, повторителей, сумматоров и т. Операционный усилитель здесь включен по схема компаратора напряжения. Вставьте испытуемый ОУ в сокет, при этом соблюдайте ключ точечка или выемка возле первого вывода. В режиме компаратора, на выходе операционного усилителя появиться положительный потенциал, при условии, что на входе 3 напряжение будет больше, чем на 2-ом входе ОУ.

Регистрация Вход. Ответы Mail.

Тестер поддельных операционных усилителей (с Aliexpress)

Операционные усилители очень широко применяются в современных схемотехнических решениях. ОУ используются в качестве усилителей, компараторов, повторителей, сумматоров и т. Операционный усилитель здесь включен по схема компаратора напряжения. Вставьте испытуемый ОУ в сокет, при этом соблюдайте ключ точечка или выемка возле первого вывода. В режиме компаратора, на выходе операционного усилителя появиться положительный потенциал, при условии, что на входе 3 напряжение будет больше, чем на 2-ом входе ОУ. При исправном ОУ, на 2-ом выводе ОУ будет напряжение 4. Как только нажимается кнопка S1, напряжение на 3-ем выводе ОУ неинвертирующий вход будет выше, чем на 2-ом, следовательно на выходе появиться напряжение, от которого загорится светодиод LED.

Lm358n как проверить

Ваши права в разделе. Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах Вы не можете добавлять файлы Вы можете скачивать файлы. Как замерить скорость пули? Как реализовать проводную связь на 3км..

Моделирование операционных усилителей на примере OPA2187

В статье описаны основные параметры операционных усилителей с замкнутой и разомкнутой цепями обратной связи. Приведены схемы для оценки моделей.

Для успешного выбора модели операционного усилителя (ОУ) необходимо определить главные критерии выбора, а после выбора усилителя требуется провести его моделирование в составе схемы. Следовательно, выбор правильной модели усилителя для текущего проекта – залог успеха разработчика. Качество моделирования зависит от используемой модели.

Рассмотрим параметры, определяющие соответствие модели реальным характеристикам ОУ.

 

Выходной импеданс при разомкнутой петле ОС

Одной из наиболее важных характеристик ОУ является выходной импеданс при разомкнутой петле ОС и малом переменном сигнале. Особое значение он имеет в процессе анализа устойчивости при малом сигнале или работе в присутствии импульсных помех в нагрузке (например, при управлении АЦП).

Для обозначения выходного импеданса ОУ при разомкнутой петле ОС при малом переменном сигнале будем использовать Z_O. Выходной импеданс при замкнутой цепи ОС для малого переменного сигнала обозначим Z_OUT. Их нельзя путать. Ниже будет показано, почему. К сожалению, производители по-разному обозначают данные параметры, отсюда и возникает путаница.

Импеданс Z_O наблюдается между каскадом с открытой петлей (A_OL) и выходным выводом (V_OUT). Он взаимодействует с A_OL на разных частотах, формируя выходной отклик ОУ. На рисунке 1 показана упрощенная модель ОУ при малом сигнале. Входной дифференциальный сигнал V_E вырабатывается внутренним входным сопротивлением R_DIFF. Он усиливается в A_OL, обеспечивая на выходе идеальное выходное напряжение V_O, которое падает на Z_O и появляется на выходном выводе V_OUT.

Рис. 1. Упрощенная модель ОУ при малом сигнале при открытой ОС

Импеданс Z_O является важной характеристикой выходного каскада ОУ. Прежде, когда были распространены более простые биполярные усилители, выходной импеданс с разомкнутой цепью ОС большинства устройств был резистивным, т. е. не зависел от частоты. В современных ОУ зависимость импеданса Z_O от частоты может иметь очень сложную форму с емкостным, индуктивным, резистивным участками с резкими переломами. Это обусловлено, например, использованием в аналоговых ИС входа и выхода с полным размахом напряжения (rail-to-rail), высокого коэффициента усиления с разомкнутой петлей ОС, высокого коэффициента удаления синфазной составляющей, низкого напряжения питания или связано с малым шумом.

На рисунке 2 сравниваются выходные импедансы с разомкнутой ОС современного биполярного усилителя Texas Instruments OPA202 с классическим выходным каскадом КМОП на OPA189 – усилителе с очень высокой точностью и полным размахом выходного напряжения (ultra-high DC precision). Виден резистивный характер импеданса Z_O OPA202, в то время как выходной импеданс Z_O усилителя OPA189 при разных частотах принимает то емкостной, то индуктивный характер.

Рис. 2. Выходной импеданс с разомкнутым контуром ОС для OPA202 и OPA189

Перед анализом модели ОУ на стабильность необходимо проверить, соответствует ли импеданс Z_O модели значениям, указанным в технической документации.

Рекомендуемая схема для проверки показана на рисунке 3. Дроссель L₁ образует замкнутый контур ОС для постоянного сигнала, позволяя проводить анализ с разомкнутой петлей ОС по переменному току. Конденсатор С1 при сигнале переменного напряжения закорачивает инвертирующий вход на общий провод, чтобы он не «повис в воздухе». ОУ должен работать в линейной области, как показано на рисунке 3. В этом случае V_OUT равно малому напряжению смещения. Необходимо следить, чтобы напряжение питания и синфазное напряжение не выходили за допустимые пределы.

Рис. 3. Тестовая схема для измерения выходного импеданса при разомкнутой цепи ОС

Источник переменного тока I_OUT подает ток из ОУ. В нашем примере I_OUT = 1 А. Далее измеряется выходное напряжение V_OUT, и по закону Ома рассчитывается выходной импеданс Z_O:

Для получения зависимости выходного импеданса Z_O от частоты достаточно получить модель передаточной характеристики в рассматриваемом частотном диапазоне, поскольку I_OUT = 1 А.  Заметим, что многие симуляторы выдают результат на логарифмической шкале. В этом случае выходное напряжение соответствует Омам. На рисунке 4 показана зависимость выходного импеданса от частоты для модели OPA189. Видно, что выходной импеданс очень близок к характеристикам, указанным в документации. Таким образом, данную модель можно использовать для анализа при малом переменном сигнале.

Рис. 4. Зависимость выходного импеданса от частоты у модели OPA189

 

Выходной импеданс при замкнутом контуре ОС

Выходным импедансом Z_OUT при замкнутом контуре ОС называется импеданс, видимый со стороны выхода усилителя при замкнутом контуре ОС. В отличие от Z_O, который является характеристикой собственно усилителя и не меняется, Z_OUT зависит от Z_O, A_OL и β – коэффициента ОС.

Вернемся к модели ОУ для малого сигнала. На этот раз контур ОС замкнут (см. рис. 5).

Рис. 5. Упрощенная схема ОУ при замкнутом контуре ОС и малом сигнале

Из уравнения (2) видно, что выходной импеданс по-прежнему равен отношению V_OUT к I_OUT.  Коэффициент ОС β вычисляется как отношение напряжения на выводе ОС V_FB к выходному напряжению V_OUT. Рассматривая схему как обычный резистивный делитель, получаем:

Поскольку неинвертирующий вход ОУ заземлен, напряжение ошибки V_E между выходами ОУ равно V_FB. Переписывая уравнение (2), получаем:

ОУ усиливает напряжение V_E до V_O. Поскольку неинвертирующий вход заземлен, V_E отрицательно:

Теперь рассчитаем выходное напряжение. Для простоты допустим, что выходной импеданс намного меньше, чем импеданс цепи ОС, вследствие чего ток I_OUT течет только через Z_O:

Подставляя (4) в (5), получаем:

Подставляя (4) в (6), получаем:

Преобразуем (7):

Отсюда:

Поскольку коэффициент A_OL, как правило, высок, особенно при малом сигнале, импеданс Z_OUT очень мал. При этом если полоса пропускания ОУ превышена и контур ОС разрывается, Z_OUT приближается к Z_O.

На рисунке 6 показан выходной импеданс ОУ ОРА350 (выпущен в 2000 г.) при замкнутой цепи ОС. Заметим, насколько малым становится выходной импеданс (1–100 мОм) при уменьшении коэффициента ОС. Общая форма зависимости напоминает перевернутую зависимость выходного импеданса для усилителя с разомкнутой ОС. Приведены зависимости для коэффициентов ОС, равных 1, 10 и 100 В/В.

Рис. 6. Выходной импеданс ОУ ОРА350 при замкнутой цепи ОС

Если производитель указал импеданс Z_OUT, то для сверки выходных импедансов потребуется схема, приведенная на рисунке 7.

Рис. 7. Тестовая схема для измерения выходного импеданса при замкнутой цепи ОС

Резисторы R_F и R_I замыкают контур ОС. Как и в предыдущем случае, I_OUT обозначает ток, вытекающий из ОУ. Применяя закон Ома, получаем:

Далее в рассматриваемом частотном диапазоне строится характеристика Z_OUT как передаточная характеристика V_OUT.  Если симулятор позволяет, полезно несколько раз изменить значения R_F и R_I, чтобы подобрать параметры ОС, обеспечивающие максимально близкие к указанным в документации характеристики. Протестируем Z_OUT модели усилителя OPA350 при КУ = 1, 10 и 100 В/В.

Пусть для КУ = 1 В/В R_F = 1 мОм (замкнуто накоротко) и R_I = 1 TОм (разрыв цепи). Это стандартная конфигурация ОУ с единичным усилением. Для КУ = 10 В/В R_F = 10R_I, для КУ = 100 В/В R_F = 100R_I.

Выходной импеданс близок к указанному в документации за исключением небольшого отклонения на малых частотах. Для анализа стабильности при малом сигнале данные отклонения несущественны. Таким образом, предложенная модель позволяет исследовать реальный отклик схемы.

 

Коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС

Вернемся к схеме на рисунке 1. Входной дифференциальный сигнал V_E вырабатывается на входном сопротивлении R_DIFF усилителя. Он усиливается до идеального выходного напряжения V_O, проходит через импеданс Z_O на выходной вывод V_OUT.

Рис. 8. Зависимость выходного импеданса Z_OUT от частоты для модели OPA350

Как уже упоминалось, коэффициент усиления A_OL не является идеальным и зависит от частоты. Еще на стадии проектирования ОУ можно спрогнозировать его усиление и сдвиг фаз выходного сигнала относительно входного. На рисунке 8 приведен пример зависимости этих параметров от частоты. Для удобства анализа разделим график на три участка, как показано на рисунке 9.

Рис. 9. Режимы работы усилителя (A_OL)

На первом участке, выделенным красным, как коэффициент усиления, так и сдвиг фаз практически постоянны. В этом случае работа усилителя очень близка к идеальной. Максимальный коэффициент усиления очень высок – более 100 дБ, или 100 000 В/В, нет вероятности потери устойчивости.

Этот участок простирается до первого доминирующего полюса fp1. На этой частоте происходит изменение характера зависимости коэффициента усиления и сдвига фаз: коэффициент усиления уменьшается на 3 дБ, сдвиг фаз изменяется на –45°. Далее коэффициент усиления продолжает спадать со скоростью –20 дБ на декаду, сдвиг фаз изменяется на –90°. Этот участок спада отмечен зеленым. Именно на нем обычно работают ОУ. Усилители с отрицательной ОС можно настроить так, чтобы они стабильно работали при разных значениях коэффициента усиления при замкнутой цепи ОС (ACL), поскольку требуемый A_CL меньше A_OL на этих частотах.

Конец участка спада приходится на частоту единичного усиления. В этой точке коэффициент усиления достигает 0 дБ, или 1 В/В. Поскольку он не перестает уменьшаться при дальнейшем увеличении частоты, сигналы с более высокой частотой не могут пройти через усилитель без ослабления. Разница между текущим сдвигом фаз и –180° называется запасом по фазе. Это ключевой показатель общей стабильности ОУ в режиме единичного усиления.

Третий участок назовем высокочастотным – он показан голубым цветом. На нем проявляются высокочастотные полюсы и нули, что приводит к резкому изменению сдвига фаз. При этом схему становится сложно характеризовать. На данном участке на выходную характеристику ОУ начинают влиять импеданс Z_O, входная емкость C_IN, паразитные связи с печатной платой и другие высокочастотные характеристики. Соответственно, работать на этом участке не рекомендуется.

Итак, теперь становится очевидно, что необходимо промоделировать работу ОУ, чтобы понять, на каком участке он работает. На рисунке 10 приведена схема тестирования. Она очень похожа на схему измерения выходного импеданса при разомкнутой петле ОС. Дроссель L₁ замыкает контур обратной связи для постоянного сигнала, позволяя проводить анализ по переменному току. Резистор R₁ имеет невысокое сопротивление, позволяя учитывать неидеальность реальной схемы при моделировании. Конденсатор С₁ закорачивает инвертирующий вход усилителя на V_IN при переменном сигнале и выступает как разрыв цепи при постоянном сигнале.

Рис. 10. Схема для тестирования схемы с разомкнутой ОС

Если усилитель работает в линейной области, как показано на рисунке 10, напряжение V_OUT равно напряжению смещения. Следует следить за тем, чтобы выполнялись указанные в документации требования к напряжению питания, входному синфазному напряжению, сопротивлению и емкости нагрузки.

Для примера получим модель ОУ OPA1678 Texas Instruments. Это малошумящий звуковой усилитель общего назначения с малыми искажениями. Из рисунка 11 видно, что поскольку предложенная модель хорошо согласуется с поведением реального усилителя, ее можно использовать для анализа по малому сигналу.

Рис. 11. Результаты моделирования OPA1678

 

Коэффициент усиления с замкнутым контуром ОС

Коэффициент усиления при замкнутом контуре обратной связи A_CL характеризует отклик усилителя, охваченного отрицательной ОС. В отличие от коэффициента A_OL, который является собственной характеристикой ОУ и практически не зависит от нагрузки и характеристик ОС, коэффициент A_CL является функцией A_OL, Z_O и β.

Рассмотрим схему на рисунке 12. Это модель усилителя с отрицательной ОС для малого сигнала. Нашей задачей является нахождение передаточной функции, т. е. отношения V_OUT/V_IN, которое, в свою очередь, эквивалентно коэффициенту A_CL.

Рис. 12. Упрощенная модель ОУ при малом сигнале (с замкнутым контуром ОС)

Для начала вспомним, что коэффициент обратной связи β представляет собой отношение напряжения обратной связи V_FB к выходному V_OUT. Напряжение обратной связи найдем из уравнения (11):

Поскольку неинвертирующий вход ОУ заземлен, напряжение ошибки V_E между входами равно V_FB. Из уравнения (11) получаем:

Чтобы найти A_CL, обратимся к контрольной модели ОУ с ОС (см. рис. 13). Для наглядности допустим, что Z_O замкнут накоротко, тогда V_O = V_OUT. На практике Z_O вносит вклад в работу схемы при переменном токе. Отрицательный вход сумматора представляет собой инвертирующий вход усилителя. Напряжение на нем равно V_FB.

Рис. 13. Теоретическая модель усилителя с замкнутым контуром ОС

Принимая во внимание уравнение (12), после суммирования получаем:

На выходе схемы напряжение равно входному напряжению, помноженному на A_OL (14):

Отсюда получаем:

Учитывая, что A_OL → ∞, упрощаем выражение:

Этим приближением пользуются достаточно часто на низких и средних частотах, однако необходимо помнить, что A_OL начинает заваливаться, начиная с частоты первого доминирующего полюса fp₁, поэтому на высоких частотах A_CL тоже начинает спадать.

Рис. 14. Коэффициент усиления OPA1678 при замкнутой цепи ОС

Большинство производителей специфицируют A_CL для нескольких β. На рисунке 14 показана зависимость коэффициента усиления с замкнутой ОС от частоты для OPA1678. Заметим, что она очень гладкая на низких и средних частотах, начинает спадать на более высокой частоте, чем коэффициент A_OL. На рисунке 15 показана рекомендуемая схема измерения A_CL для трех разных коэффициентов усиления.

Рис. 15. Схема для тестирования схемы с замкнутой ОС

При КУ = 1 резистор R_F закорочен, R_I представляет собой разрыв цепи.  R_F = R_I при КУ = –1. R_F = 10R_I при КУ = 10. На рисунке 16 показаны результаты моделирования.

Рис. 16. Результаты тестирования OPA1678 (A_CL)

Эти результаты хорошо соответствуют теоретическим кривым при КУ = –1 и КУ = 10. Поведение при КУ = 1 на высоких частотах заметно отличается. Это объясняется влиянием внешних компонентов схемы. Кроме того, поскольку среди устройств серии всегда имеется некоторый разброс характеристик, в документации приведены средние показатели. Например, типичное значение входной емкости (C_DIFF) OPA1678 равно 6 пФ, и разумным допуском следует принять погрешность до ±20%. На рисунке 17 видны различия, обусловленные вариацией значений C_DIFF.  Таким образом, она сильно влияет на поведение усилителя на частотах выше 10 МГц, смещая угловую частоту. Изменение емкости нагрузки и сопротивления ОС приводит к аналогичному эффекту.

Рис. 17. Влияние номинала CDIFF на OPA1678 на A_CL при КУ = 1

При анализе модели рекомендуется измерить частоту на уровне –3 дБ и оценить характер спада выходной характеристики. Они должны отличаться от указанных в документации не более чем на ±20%.

 

Ступенчатый отклик при малом сигнале

Полосу пропускания усилителя при малом сигнале можно измерить во временной области, подав ступенчатый сигнал. На усилитель, охваченный контуром ОС, подается прямоугольный импульс с малой амплитудой (не более 100 мВ), и измеряется выходное напряжение. Полученная характеристика содержит много информации: время нарастания и спада определяет полосу пропускания при замкнутой цепи ОС. Перегрузка на выходе позволяет оценить запас по фазе. На рисунке 18 показан пример отклика на прямоугольный импульс для OPA1678 при КУ = 1 и КУ = –1.

Рис. 18. Отклик OPA1678 на прямоугольный импульс

Схема для тестирования показана на рисунке 19.

Рис. 19. Схема для тестирования отклика схемы на прямоугольный импульс

Для получения отклика на прямоугольный импульс следует воспользоваться анализом переходных процессов и измерить выходное напряжение при КУ = 1 и КУ = –1. На рисунках 20–21 приведены результаты тестирования и заявленные характеристики OPA1678.

Рис. 20. Результаты тестирования OPA1678 при КУ = 1Рис. 21. Результаты тестирования OPA1678 при КУ = –1

 

Коэффициент подавления синфазной составляющей

Операционный усилитель усиливает входной дифференциальный сигнал, не пропуская синфазную составляющую, т. е. среднее напряжение, присутствующее на входах (см. рис. 22).

Рис. 22. Дифференциальный и синфазный сигнал

Синфазную составляющую можно также представить напряжением смещения, паразитными наводками или шумом. Если от них не избавиться, они усилятся, приведя к насыщению усилителя и невозможности выделить полезный сигнал.

Обратимся к упрощенной модели ОУ на рисунке 23. Синфазная составляющая показана в виде источника напряжения ошибки V_CMRR на неинвертирующем входе. Это напряжение зависит от коэффициента подавления синфазной составляющей и величины синфазной составляющей во входном сигнале. Оно усиливается вместе с входным дифференциальным сигналом, образуя выходное напряжение V_OUT.

Рис. 23. Упрощенная модель CMRR

Коэффициент подавления синфазной составляющей меняется с частотой: он выше на низких частотах и в большинстве усилителей составляет 80–160 дБ (см. рис. 24).

Рис. 24. Типичная зависимость CMRR от частоты

Рассмотрим пример. Если входная синфазная составляющая имеет частоту 100 кГц, то коэффициент подавления равен 100 дБ. Преобразуем его в безразмерную величину (В/В):

Теперь рассчитаем приведенное ко входу напряжение ошибки, вносимое синфазным сигналом на частоте 100 кГц. Для этого перемножим амплитуду синфазного сигнала и коэффициент подавления 10 мкВ/В. Выражение (18) позволяет рассчитать размах амплитуды синфазной составляющей 1 В:

Таким образом, синфазный входной сигнал с размахом амплитуды 1 В и частотой 100 кГц генерирует сигнал ошибки, приведенный ко входу, около 10 мкВ. Из рисунка 24 можно получить значения для других частот.

Измерить коэффициент подавления синфазной составляющей можно через отношение КУ дифференциального сигнала при разомкнутой петле ОС к КУ синфазного сигнала при разомкнутой петле ОС. Поскольку измерить эти коэффициенты достаточно сложно, воспользуемся моделированием (см. рис. 25).

Рис. 25. Схема для тестирования CMRR

В верхней части на входы U₁ подается переменное напряжение V_IN, чтобы получить чисто синфазный сигнал. Дроссель L1 выступает в роли провода при постоянном сигнале. При переменном сигнале это разрыв схемы, т. е. контур ОС разрывается, и можно измерить коэффициент усиления синфазного сигнала при разомкнутой петле ОС A_CМ.

В нижней части источник входного переменного напряжения преобразован в дифференциальный с помощью ГУН Е₁ и Е₂. Таким образом, на вход U₂ поступает дифференциальный сигнал, центрированный на уровне 0 В. По аналогии с верхней частью находим A_DM. Следует удостовериться, что усилители работают в линейной области.

Для получения коэффициента подавления синфазной составляющей требуется найти передаточную характеристику для переменного сигнала в интересующем частотном диапазоне. Отношение A_DM/A_CM и даст искомый коэффициент подавления синфазной составляющей. На рисунке 26 приведены результаты для модели OPA2187 (маломощный прецизионный ОУ с нулевым напряжением дрейфа).

Рис. 26. Результаты тестирования OPA2187

 

Подавление помех по питанию

Коэффициент подавления помех по шине питания (PSRR) (в отечественной литературе в аналогичных случаях часто используется термин «коэффициент ослабления нестабильности питания, хотя, строго говоря, это не одно и то же) характеризует, насколько хорошо ОУ ослабляет пульсации на шине питания, которые практически всегда имеются на этих шинах и порождают ошибку VPSRR. На рисунке 27 показан вклад этой ошибки, приведенный ко входу.

Рис. 27. Упрощенная модель PSRR

На рисунке 28 показан типичный вид зависимости PSRR от частоты. Для положительного и отрицательного источников питания зависимости различаются. Если они совпадают, в документации указывают только одну зависимость.

Рис. 28. Типичная зависимость PSRR от частоты

Коэффициент PSRR определяется как отношение сигнала, приложенного к одному из выводов питания, к общему напряжению смещения на входе. На рисунках 29–30 приведены рекомендуемые схемы тестирования для положительного и отрицательного коэффициентов PSRR. Источник переменного напряжения V_IN генерирует положительный сигнал тестирования. Усилитель работает как стандартный буфер с единичным усилением, неинвертирующий вход заземлен. Измеряется напряжение смещения на входе V_OS.

Рис. 29. Схема для тестирования PSRR+Рис. 30. Схема для тестирования PSRR–

Для получения частотной зависимости PSRR проведем анализ передаточной характеристики при переменном сигнале. Получим зависимость V_IN и V_OS. С помощью функции постобработки симулятора получаем кривую V_IN/V_OS, т. е. PSRR.

На рисунке 31 приведены результаты тестирования модели OPA2187. Видно близкое соответствие полученных значений приведенным в документации.

Рис. 31. Результаты тестирования модели OPA2187

 

V

_OS, I_B, I_OS

Во многих прецизионных схемах при выборе ОУ одними из первых параметров рассматриваются V_OS и I_B. Напряжение V_OS – напряжение ошибки, обусловленное слабым рассогласованием транзисторов во входной дифференциальной паре ОУ.

Напряжение V_OS моделируется как источник постоянного напряжения ошибки, подключенных к неинвертирующему входу. Оно не зависит от частоты, однако меняется с изменением температуры.

Ток сдвига I_B поступает на входы ОУ. Для биполярных усилителей он обусловлен током базы входных транзисторов; для полевых транзисторов это ток утечки входных диодов, защищающих от электростатического разряда.

Поскольку в идеальном случае на входы поступают токи одинаковой величины, они уничтожаются. Однако на практике это происходит редко. Разница между токами сдвига на неинвертирующем и инвертирующем входах называется током смещения I

OS. При моделировании I_B заменяют источником постоянного тока, включенным между входом усилителя и общим проводом. Этот источник зависит от температуры.

При малых значениях сопротивлений на входе и в контуре ОС токи I_B и I_OS не вносят заметной погрешности в работу схемы (см. рис. 32).

Рис. 32. Упрощенная модель ОУ с учетом I_B и V_OS

Следует помнить, что источники ошибки CMRR, PSRR и V_OS могут быть как положительной, так и отрицательной полярности. Поскольку они некоррелированы и подчиняются распределению Гаусса, можно использовать сумму их среднеквадратичных значений, чтобы упростить анализ.

В таблице приведены характеристики V_OS, I_B и I_OS, указанные в документации OPA2187. Приведены максимальные и типичные значения. При создании модели используются средние показатели, чтобы анализировать типичное поведение ОУ.

Рис. 33. Схема для тестирования V_OS, I_B, I_OS

Верификация V_OS, I_B и I_OS не представляет труда. На рисунке 33 приведена схема тестирования. Усилитель работает в режиме буферного повторителя, неинвертирующий вход заземлен. Ток измеряется на обоих входах ОУ (I_B+ и I_B–), дифференциальный вольтметр V_OS подключен между входами. С помощью анализа рабочей точки по постоянному току получаем показания всех трех приборов. Если требуется исследовать зависимость от температуры, анализ повторяют при других значениях температуры.

Рис. 34. Результаты тестирования OPA2187

На рисунке 34 показаны результаты тестирования OPA2187. Сравнивая их с приведенными в документации (см. табл.), видно, что модель обеспечивает точные результаты.

Таблица. Характеристики VOS, IB и IOS, указанные в документации OPA2187

	Условие	Тип. значение	Макс. значение
Напряжение смещения
VOS – входное напряжение смещения, мкВ		±1	±15
Входной ток сдвига
IB – входной ток сдвига, пА	VCM = VS/2	±100	±350
IOS – входной ток смещения, пА		±100	±500

 

Выводы

Мы рассмотрели разницу между параметрами Z_O и Z_OUT, нашли взаимосвязь между ними. Выходной импеданс является важным параметром при оценке работы ОУ при малом сигнале.

Коэффициенты усиления ОУ при наличии ОС и в ее отсутствие различаются. Мы нашли связь между ними. Коэффициент усиления A_OL является собственной характеристикой ОУ и практически не зависит от параметров ОС и нагрузки.

При воздействии прямоугольным импульсом выброс в выходном сигнале позволяет судить о запасе по фазе и устойчивости ОУ.

Коэффициент CMRR показывает, насколько хорошо усилитель подавляет синфазную составляющую. Этот коэффициент определяет степень подавления помех по питанию.

Для анализа зависимости работы ОУ от температуры требуются параметры V_OS, I_B и I_OS. Они не зависят от частоты входного сигнала.

Op Amps Quiz

Пройдите наш тест, основанный на информации, которую вы можете найти в Модуле 6 «Усилители». Отправьте свои ответы и посмотрите, на сколько из них вы ответили правильно. Если вы неправильно ответили. Просто следуйте подсказкам, чтобы найти правильный ответ и узнать об усилителях по ходу дела.

1.

Какими из следующих свойств должен обладать идеальный операционный усилитель?

• а) Бесконечно широкая полоса пропускания, бесконечно высокое выходное сопротивление и идеальная линейность.
• b) Высокий коэффициент усиления по постоянному току, низкое входное реактивное сопротивление и идеальная линейность.
• c) Бесконечно высокое входное сопротивление, идеальная линейность и нулевой уровень шума.
• d) Бесконечно высокий коэффициент усиления, идеальная линейность и нулевое входное сопротивление.

2.

На рис. 6.7.1 Tr2 является проводящим из-за фиксированного напряжения на входе «b». Если вход «a» станет более положительным, чем «b», как изменится результат на выходах C и D?

 

• а) Напряжение на выходе C упадет, а на выходе D увеличится на одинаковую величину.
• б) Напряжение на выходе C увеличится, а на выходе D упадет на одинаковую величину.
• c) Напряжение на выходе C увеличится, а выход D не изменится.
• г) Напряжение на выходе C упадет, а выход D не изменится.

3.

В операционных усилителях, использующих управление нулевым смещением, это регулируется для выполнения следующих условий:

• а) Сделать оба входа равными нулю вольт.
• b) Сделать оба входа одинаковыми по напряжению.
• c) Чтобы сбалансировать положительные и отрицательные запасы.
• г) Сделать выходное напряжение равным нулю вольт.

4.

Расчет приблизительного коэффициента усиления по напряжению усилителя на рис. 6.7.2

• а) 5.7
• б) 14.3
• в) 6.7
• г) 17,6

5.

См. рис. 6.7.2: Если R2 изменить на 82K и +0,7 В постоянного тока (относительно 0 В) подать на вход схемы, каково будет приблизительное выходное напряжение и его полярность относительно 0 В?

• а) +3,99 В
• б) −3,99 В
• в) −4,8 В
• г) +5,5 В

6.

Что означает «большой коэффициент усиления по напряжению сигнала» операционного усилителя?

• a) Коэффициент усиления без обратной связи на постоянном токе (0 Гц), измеренный в дБ
• b) Усиление, обеспечивающее размах выходного сигнала, равный разнице между положительным и отрицательным напряжениями питания, измеренной в дБ.
• c) Отношение напряжения размаха выходного сигнала к размаху входного сигнала напряжением 1 вольт, измеренное в мВ/В
• d) Коэффициент усиления разомкнутого контура, обеспечивающий наибольший неискаженный выходной сигнал, измеренный в В/мВ

7.

Для расчета какой характеристики ОУ используется формула 2πƒ Vpk?

• а) Произведение коэффициента усиления на полосу пропускания.
• б) Скорость нарастания.
• c) Полоса пропускания мощности.
• d) Коэффициент усиления по напряжению без обратной связи.

8.

См. рис. 6.7.3, на котором показан вход постоянного тока на контакт 3, низкочастотный сигнал на контакт 2 и выходной сигнал на контакт 6 операционного усилителя 741. Для каких целей используется операционный усилитель?

• а) Буферный усилитель.
• б) Дифференциатор.
• в) Компаратор.
• г) Интегратор.

9.

На рис. 6.7.4 показан внешний вид корпуса программируемого операционного усилителя TLC271. Если два конца предустановленного потенциометра подключены к контактам 1 и 5, к какому выводу следует подключить движок потенциометра?

• а) 2
• б) 3
• в) 4
• г) 8

10.

Простое цифро-аналоговое преобразование может быть достигнуто с помощью взвешенной серии резисторов и одного операционного усилителя, сконфигурированного в каком из следующих режимов?

• а) Повторитель напряжения.
• б) Интегратор
• в) Суммирующий усилитель.
• г) Дифференциальный усилитель

К началу страницы

Тестер операционных усилителей

На днях я поджарил операционный усилитель, но не смог это доказать немедленно. Все, что я знал, это то, что это не работало в цепи, но я не знал, то ли чип был мертв, то ли это был всего лишь один из те привередливые чипсы, которые требуют особого ухода. Итак, я соорудил простую Тестер операционных усилителей DIP-8 типа «годен/не годен»: подключите микросхему, подайте питание и посмотрите, горят ли светодиоды.

Схема (одноканальная):

Готовый двухканальный тестер:

Схема будет работать с любым операционным усилителем. К счастью, есть только мало стандартных распиновок, а схема дешевая, так что можно построить всего несколько версий и охватывают почти все возможности:

Распиновка одноканального операционного усилителя

Распиновка двухканального операционного усилителя

Распиновка четырехканального операционного усилителя

Немаркированные контакты на одноканальной распиновке используются для различных целей на разных чипах. Вы должны оставить эти контакты отключенными при построении одноканального варианта этой схемы.

Принцип работы

Это очень простая схема. Поскольку большинство операционных усилителей лучше всего работают двойное питание, мы делим одно напряжение питания на две равные половины с «рельсовый разветвитель» TLE2426. Мы хотим дать операционные усилители, которые мы test максимально возможный шанс пройти наш тест. Если тест не пройден, не должно быть никаких сомнений в том, что это потому, что операционный усилитель мертв; если пользователь начинает сомневаться в тестовой схеме, мало что точка в наличии цепи в первую очередь. TLE2426 также обеспечивает что источник питания не становится несбалансированным, что может привести к плохо получается. Я попробовал простой источник питания с резисторным делителем, и он действительно легко разбалансировался, даже с работающими чипами. Вы могли бы сфальсифицировать другой тип источника питания с виртуальной землей, если вам не нравится или вы не можете получить TLE2426.

R1 и R2 образуют делитель напряжения 0,55×. Вычесть 0,5× напряжение питания, и вы получите опорное напряжение +0,05× (1/20) напряжение питания относительно виртуальной земли, входящей в +IN операционного усилителя. Со свежей батареей 9 В (~ 9,5 В) вы получаете 0,475 В на выходе. делителя относительно виртуальной земли. Делим напряжение вниз так далеко, потому что одна из вещей, которые мы хотим проверить в операционном усилителе, его способность усиливать входное напряжение. Так как операционный усилитель настроен при коэффициенте усиления 7,8 выходное напряжение может достигать 3,7 В.

Анализ до сих пор предполагал, что операционный усилитель идеален. Нагрузка на операционный усилитель со свежей батареей 9В и светодиодом 1,8В составляет около 9мА, а Максимальное выходное напряжение может быть в пределах 0,5 В от V+. Не все операционные усилители может управлять такой нагрузкой без просадки выходного напряжения и др. не может качаться так близко к рельсу V +, поэтому вам может понадобиться свежий аккумулятор — или более 9В! — чтобы светодиоды загорелись с некоторыми операционными усилителями.

Предел низкого напряжения в этой схеме зависит от вашего операционного усилителя и конфигурация батареи. Предполагая идеальный операционный усилитель, вы получаете 1 мА через Светодиод с питанием около 5,2В. Это дает приличное количество светодиодов яркость с вашим средним красным светодиодом. Многие операционные усилители не могут работать на такое низкое напряжение, и 9Батарея V к тому моменту почти разряжена, так что нет смысла говорить о более низких напряжениях.

Это настолько просто, насколько вы могли бы пожелать. Схема обеспечивает низкое входное напряжение на каждом из каналов операционного усилителя, пытается использовать операционный усилитель для его усиления, и если микросхема работает правильно, Светодиоды загорятся.

Я протестировал эту схему на четырех заведомо неисправных сдвоенных операционных усилителях и трех не загорается ни один светодиод, а другой вызывает мигание одного светодиода периодически, а другой светодиод не загорается. Заведомо исправный операционный усилитель чипы зажигали оба светодиода во всех моих тестах.