Расчет операционного усилителя онлайн: Онлайн расчет параметров схемы на операционном усилителе | hardware — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Электроэнергетика и электротехника

«Расчет параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителей»

Индивидуальное задание № 1

по дисциплине:

Электроника 2.1

Исполнитель:

студент группы 5А6Г Агафонов Богдан Валерьевич

Руководитель:

кандидат технических наук Чернышев Александр Юрьевич

Томск — 2018

Задание №1

Рассчитать параметры инвертирующего усилителя (рис.

1), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению при сопротивлении нагрузки . Для расчетов принимаем =2,2 и = 51 кОм.

Рис.1. Схема инвертирующего усилителя

Решение:

Промышленность выпускает различные типы операционных усилителей, каждый из которых разрабатывается под конкретные изделия. Наиболее простыми являются ОУ марки К140УД6, К140УД7, К1410УД20. Для выполнения инвертирующего усилителя выбираем ОУ марки К140УД6, который имеет следующие основные параметры:

=+151,5 В;

1 МОм;

=151,5 В;

= +11 В;

2,5 мА;

200 нА;

25 нА;

=10 В;

= 11 В;

30000;

= 1 МГц;

= 2 В/мкс;

Условные обозначения параметров операционного усилителя:

напряжение источника питания положительной полярности;

напряжение источника питания отрицательной полярности;

максимальный допустимый ток операционного усилителя;

входной ток операционного усилителя;

разность входных токов;

напряжение смещения;

входное сопротивление

максимальное выходное напряжение положительного уровня;

максимальное выходное напряжение отрицательного уровня;

коэффициент усиления напряжения;

частота единичного усиления;

скорость изменения выходного напряжения.

Значение сопротивления резистора при заданной нагрузке определяем из условия ограничения выходного тока операционного усилителя на допустимом уровне:

Решим уравнение относительно сопротивления :

Подставив в выражение численные значения параметров, получим

Для ограничения выходного тока операционного усилителя увеличиваем в 10 раз.

Сопротивления резистора выбираем из ряда номинальных значений Е24.

Принимаем кОм.

Определим мощность резистора . Для этого найдем максимальный ток, протекающий по резистору :

Подставив численные значения параметров в выражение, имеем

Тогда мощность резистора

или после подстановки численных значений параметров

С учетом стандартного ряда мощностей выбираем резистор типа МЛТ – 0,01 – 51кОм ±5 %.

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется в соответствии с выражением

Решая выражение относительно , получим

После подставки численных значений параметров:

Сопротивление резистора выбираем из ряда номинальных значений Е24:

Определим мощность резистора . Для этого из выражения найдем максимальное входное напряжение:

Тогда

С учетом численных значений параметров

Из ряда стандартных мощностей выбираем резистор типа МЛТ – 0,01 –24 кОм ± 5 %.

С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему включают резистор . Резистор выбирают из условия равенства входных сопротивлений по инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя

Подставив найденные значения сопротивлений и в выражение, получим

Сопротивление резистора выбираем из ряда номинальных значений:

Так как операционный усилитель охвачен обратной связью и по входным цепям не потребляет тока, то мощность резистора мала.

Выбираем резистор типа МЛТ – 0,01 – 18 кОм ± 5 %.

В соответствии с выражением проведем проверку коэффициента усиления инвертирующего усилителя

Погрешность вычислений находим по выражению

С учетом найденного значения определяем величину

Погрешность не превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми.

Рис.2. Модель инвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench

Рис.3. Осциллограммы цифрового осциллографа

Из осциллограмм (рис. 3) следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя (см. окно VA1 на рис. 3), выходное напряжение равно

Тогда коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя можно определить по уравнению

Следовательно, параметры инвертирующего усилителя с заданным коэффициентом усиления найдены верно.

Задание №2

Рассчитать параметры неинвертирующего усилителя (рис. 4), выполненного на операционном усилителе, который обеспечивает коэффициент усиления по напряжению при сопротивлении нагрузки . Для расчетов принимаем и .

Рис.4. Схема неинвертирующего усилителя

Решение:

Для расчетов используем операционный усилитель типа К140УД6.

Определяем сумму сопротивлений резисторов и при заданной нагрузке из условия ограничения выходного тока операционного усилителя на допустимом уровне:

Решим выражение относительно

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется в соответствии с выражением

Из выражения определим отношение сопротивлений и и составим систему уравнений

Решая систему уравнений относительно , получаем, что , тогда Из стандартного ряда выбираем номинальные значения сопротивлений а .

Найдем ток, протекающий через резисторы и :

Подставив численные значения параметров в выражение, получим

В соответствии с выражением определим мощность резисторов и :

С учетом ряда стандартных мощностей выбираем резистор типа МЛТ0,0252,2 кОм 5%, а резистор типа МЛТ0,0252,7 кОм 5%.

С целью уменьшения токов и напряжений сдвигов в схему (рис.4) включают резистор . Сопротивление выбирают из условия равенства входных сопротивлений по инвертирующему и неинвертирущему входам операционного усилителя в соответствии с выражением

Согласно стандартному ряду сопротивлений принимаем

Так как ОУ охвачен обратной связью и не потребляет ток по входным цепям, то ток, протекающий через чрезвычайно мал. Поэтому мощность резистора принимаем равной 0,01 Вт, а резистор выбираем типа МЛТ0,011,3 кОм5%.

Проведем проверку коэффициента усиления неинвертирующего усилителя по выражению:

По уравнению определяем погрешность вычислений

Погрешность не превышает 5 %, поэтому найденные значения резисторов можно считать приемлемыми.

Рис.5. Модель неинвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench

Рис.6. Диаграммы входного и выходного напряжений неинвертирующего усилителя

Из диаграмм напряжений следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя равном выходное напряжение составляет .

Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующий усилитель определяется как отношение выходного напряжения к входному напряжению :

Анализ полученных диаграмм (рис. 6) показывает, что коэффициент усиления неинвертирующего усилителя составляет 2,227. Следовательно, параметры неинвертирующего усилителя с заданным коэффициентом усиления найдены верно.

Вывод:

научился рассчитывать параметры инвертирующего и неинвертирующего усилителей, понял принципиальную разницу между ними, научился строить схемы усилителей в пакете схематического моделирования схем Electronics Workbench. В первом задании погрешность была на 2,169% больше, чем во втором задании. Также осциллограмма неинвертирующего усилителя дала значение коэффициента усиления по напряжению более близкое к данному значению, чем осциллограмма инвертирирующего усилителя. При расчетах использовал программное обеспечение Mathcad

Расчет компаратора на операционном усилителе

Простая схема триггера Шмитта на операционом усилителе имеет симметричные пороговые напряжения относительно нулевой точки и требует для своей работы двуполярное питание. Симметричные пороги ограничивают возможности применения схемы, а двуполярное питание подразумевает использование соответствующего источника, что неудобно, если схема триггера используется совместно с микроконтроллером, напряжение питания которого обычно 5 или 3,3 Вольта.

Существует еще одна схема триггера Шмитта на операционном усилителе, в которой используется однополярное питание и можно задавать отличающиеся друг от друга пороговые напряжения. О расчете такой схемы и пойдет речь в этой статье.

Рассматриваемая схема имеет два устойчивых состояния — когда на выходе операционного усилителя нулевое напряжение и когда на выходе положительное напряжение насыщения (+Usat). Нам нужно разобраться, как рассчитать номиналы резисторов R1, R2 и R3 для произвольно задаваемых верхнего и нижнего порогов.

Принимая во внимание упрощения, используемые при анализе схем на операционных усилителях (бесконечное входное сопротивление и, соответственно, нулевые входные токи, нулевое выходное сопротивление , бесконечный коэффициент усиления без обратной связи, бесконечная полоса пропускания), мы можем перерисовать схему триггера Шмитта, заменив операционный усилитель источником напряжения.

U1 — источник питания операционного усилителя.

U2 — источник напряжения, имитирующий выход операционного усилителя.

Напряжение между точками A и B — это входное напряжение операционного усилителя.

Если воспользоваться методом узловых потенциалов, то можно определить значение этого напряжения. Оно будет равно:

Uab = (U1*g1 + U2*g3)/(g1 + g2 + g3)

где g1, g2, g3 — проводимости ветвей цепи. Проводимость — это величина обратная сопротивлению g = 1/R, если ты не знал или забыл. Измеряется в сименсах.

Подробное рассмотрение метода узловых потенциалов выходит за рамки этой статьи, поэтому просто прими это выражение на веру.

Используя приведеное выше выражение, запишем уравнения, определяющие пороги триггера Шмитта.

при U2 = 0

Uab = Ult = U1*g1 /(g1 + g2 + g3)

при U2 = +Usat

Uab = Uht = (U1*g1 + Usat*g3)/(g1 + g2 + g3)

Ult, Uht — нижнее и верхнее пороговые напряжения. Эти значения мы задаем. U1 и Usat — напряжение питания и насыщения соответственно.

Все, что теперь от нас требуется — решить эту систему из двух уравнений, задав значение одного из резисторов, например R3. Выполнить эти вычисления вручную несложно, но довольно муторно. Нужно выразить из первого уравнения g1, подставить это выражение во второе, выразить g2 через g3, а затем последовательно вычислить значения резисторов.

Лично я предпочитаю использовать для расчета компаратора Маткад. Он позволяет изменять любые параметры схемы и тут же получать ответ. Это удобно, когда требуется подобрать значения резисторов соответствующих номинальному ряду, например Е24.

Ниже приведен пример расчета компаратора на операционном усилителе.

Фактическое значение задается только для резистора R3, для резисторов R1 и R2 задаются только начальные значения. Сам маткадовский файл для расчета приведен в конце статьи.

Несколько слов по поводу выбора номиналов резисторов.

Номиналы резисторов должны быть достаточно большими, чтобы не нагружать источник питания и выход операционного усилителя и достаточно маленькими, чтобы входное сопротивление реального операционного усилителя оказывало как можно меньшее влияние на наши расчеты. В схемах, которые мне доводилось применять, я обычно задавал сопротивление обратной связи от 10 до 100 кОм. Получаемые расчетные значения двух других резисторов были ~от 10 кОм до 2 МОм.

Также не следует забывать, что все резисторы имеют разброс номинала и это в какой-то мере будет влиять на реальные значения пороговых напряжений.

Ну вот собственно и все, что я хотел поведать по этой теме. Надеюсь материал пригодится начинающим электронщикам.

расчет компаратора — проект для Proteus 7.4

расчет компаратора — файл для MathCad14

Поставщики беспроводных радиочастот и ресурсы

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов RF и Wireless. На сайте представлены статьи, учебные пособия, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тесты и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и дисциплинам MBA.

Статьи о системах на основе IoT

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе IoT : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падения IoT. Подробнее➤
См. также другие статьи о системах на основе IoT:
• Система очистки туалетов AirCraft. • Система измерения удара при столкновении • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной розничной торговли • Система мониторинга качества воды • Система интеллектуальной сети • Умная система освещения на основе Zigbee • Умная система парковки на базе Zigbee • Умная система парковки на базе LoRaWAN.

Радиочастотные беспроводные изделия

Этот раздел статей охватывает статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE/3GPP и т. д. , стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, посвященные испытаниям на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF/PHY. СМ. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH была рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Подробнее➤

Основные сведения о повторителях и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов повторителей, используемых в беспроводных технологиях. Подробнее➤

Основы и типы замираний : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные замирания, быстрые замирания и т. д., используемые в беспроводной связи. Подробнее➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Подробнее➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в одном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. д. Подробнее➤

Раздел 5G NR

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (новое радио), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. д. 5G NR Краткий справочный указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • БАЗОВЫЙ НАБОР 5G NR • Форматы 5G NR DCI • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Опорные сигналы 5G NR • 5G NR m-Sequence • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • MAC-уровень 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень PDCP 5G NR

Учебники по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводным сетям. Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, беспроводная сеть, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. д. См. ИНДЕКС УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы, посвященные технологии 5G:
Учебник по основам 5G Диапазоны частот учебник по миллиметровым волнам Рамка волны 5G мм Зондирование канала миллиметровых волн 5G 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Архитектура сети 5G Сетевые интерфейсы 5G NR звучание канала Типы каналов 5G FDD против TDD Нарезка сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G ТФ

В этом учебнике GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM или настройка вызова или процедура включения питания, Вызов MO, вызов MT, модуляция VAMOS, AMR, MSK, GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Читать дальше.

LTE Tutorial , описывающий архитектуру системы LTE, включая основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он предоставляет ссылку на обзор системы LTE, радиоинтерфейс LTE, терминологию LTE, категории LTE UE, структуру кадра LTE, физический уровень LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, Voice Over LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE advanced.➤Подробнее.

Радиочастотные технологии Материал

На этой странице мира беспроводных радиочастот описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты на примере повышающего преобразователя частоты 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, амортизирующие прокладки. ➤Читать дальше.
➤ Проектирование и разработка РЧ приемопередатчика ➤Дизайн радиочастотного фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковых ➤Основы волновода

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются ресурсы по контролю и измерению, контрольно-измерительное оборудование для тестирования тестируемых устройств на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE. ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для контрольно-измерительных приборов. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤ Измерения физического уровня ➤ Тестирование устройства WiMAX на соответствие ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤ Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптические технологии

Волоконно-оптический компонент основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д. Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. ИНДЕКС оптических компонентов >>
➤Руководство по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤Основы SONET ➤ Структура кадра SDH ➤ SONET против SDH

Поставщики беспроводных радиочастот, производители

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики ВЧ-компонентов, включая ВЧ-изолятор, ВЧ-циркулятор, ВЧ-смеситель, ВЧ-усилитель, ВЧ-адаптер, ВЧ-разъем, ВЧ-модулятор, ВЧ-трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, осциллятор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексер, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, ЭМС, программное обеспечение RF Design, диэлектрический материал, диод и т. д. Поставщики радиочастотных компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤ РЧ-циркулятор ➤РЧ-изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, Embedded Исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. СМОТРИТЕ ИНДЕКС ИСТОЧНИКОВ >>
➤ 3–8 код декодера VHDL ➤Скремблер-дескремблер Код MATLAB ➤32-битный код ALU Verilog ➤ T, D, JK, SR триггер коды labview

Общая медицинская информация

Сделайте эти пять простых вещей, чтобы помочь остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Мойте их часто
2. ЛОКОТЬ: Кашляйте в него
3. ЛИЦО: Не прикасайтесь к нему
4. НОГИ: Держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВУЙТЕ: Болен? Оставайтесь дома

Используйте технологию отслеживания контактов >> , следуйте рекомендациям по социальному дистанцированию >> и установить систему наблюдения за данными >> спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таких стран, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19так как это заразное заболевание.

Радиочастотные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Они охватывают беспроводные технологии, такие как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. д. СМ. КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤ 5G NR ARFCN и преобразование частоты ➤ Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤ LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Yagi ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

В разделе, посвященном IoT, рассматриваются беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT+, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие. Он также охватывает датчики IoT, компоненты IoT и компании IoT.
См. главную страницу IoT>> и следующие ссылки.
➤РЕЗЬБА ➤EnOcean ➤ Учебник LoRa ➤ Учебник по SIGFOX ➤ WHDI ➤6LoWPAN ➤Зигби RF4CE ➤NFC ➤Лонворкс ➤CEBus ➤УПБ

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Учебники по беспроводным радиочастотам

GSM ТД-СКДМА ваймакс LTE UMTS GPRS CDMA SCADA беспроводная сеть 802.11ac 802.11ad GPS Зигби z-волна Bluetooth СШП Интернет вещей Т&М спутник Антенна РАДАР RFID

Различные типы датчиков

Датчик приближения Датчик присутствия против датчика движения Датчик LVDT и RVDT Датчик положения, смещения и уровня датчик силы и датчик деформации Датчик температуры датчик давления Датчик влажности датчик МЭМС Сенсорный датчик Тактильный датчик Беспроводной датчик Датчик движения Датчик LoRaWAN Световой датчик Ультразвуковой датчик Датчик массового расхода воздуха Инфразвуковой датчик Датчик скорости Датчик дыма Инфракрасный датчик Датчик ЭДС Датчик уровня Активный датчик движения против пассивного датчика движения

Поделиться этой страницей

Перевести эту страницу

СТАТЬИ Раздел T&M ТЕРМИНОЛОГИИ Учебники Работа и карьера ПОСТАВЩИКИ Интернет вещей Онлайн калькуляторы исходные коды ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРИМЕЧАНИЯ Всемирный веб-сайт T&M

Скорость нарастания операционного усилителя

— Калькулятор формулы деталей » Electronics Notes

Скорость нарастания операционного усилителя является ключевой для многих электронных схем: расчет скорости нарастания гарантирует, что конструкция электронной схемы обеспечивает быстрое возрастание выходного сигнала и уменьшает искажения.

Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение Усиление операционного усилителя Пропускная способность Скорость нарастания операционного усилителя Смещение нуля Входное сопротивление Выходное сопротивление Операционный усилитель с обратной связью по току Понимание спецификаций Как выбрать операционный усилитель Краткое описание схем операционных усилителей

Выходной сигнал операционного усилителя может измениться только на определенную величину за заданное время: этот предел называется скоростью нарастания операционного усилителя.

Хотя скорость нарастания не всегда упоминается при проектировании электронной схемы, она может быть решающим фактором, гарантирующим, что усилитель сможет обеспечить выходной сигнал, точно отображающий входной..

Скорость нарастания операционного усилителя может ограничивать производительность схемы, если требования к скорости нарастания превышены. Это может искажать форму сигнала и препятствовать точному представлению входного сигнала на выходе, если превышена скорость нарастания.

Одной из цифр, указанных в спецификациях операционных усилителей, является скорость нарастания, и ее необходимо проверить и выполнить некоторые расчеты, чтобы гарантировать, что конкретный операционный усилитель может работать с требуемой скоростью изменения выходного сигнала.

В некоторых приложениях, где требуется скорость и быстрое изменение выходного сигнала, скорость нарастания операционного усилителя может оказывать значительное влияние на общую производительность электронной схемы, и конструкция должна учитывать это.

Основы скорости нарастания ОУ

Скорость нарастания операционного усилителя или любой схемы усилителя — это скорость изменения выходного напряжения, вызванная ступенчатым изменением входного сигнала.

Измеряется как изменение напряжения за заданное время — обычно В/мкс или В/мс.

Типичное устройство общего назначения может иметь скорость нарастания 10 В/мкс. Это означает, что когда на вход подается большое ступенчатое изменение, электронное устройство сможет обеспечить выходное изменение на 10 вольт за одну микросекунду.

Показатели изменения скорости нарастания зависят от типа используемого операционного усилителя. Маломощные операционные усилители могут иметь показатели только вольт в микросекунду, тогда как есть быстрые операционные усилители, способные обеспечить скорость 1000 В / мкс.

Влияние скорости нарастания операционного усилителя

Скорость нарастания управляется самим операционным усилителем, и в результате применяемая обратная связь не влияет на характеристики скорости нарастания всей электронной схемы.

Основные причины ограничения скорости нарастания вызваны внутренней частотной компенсацией, включенной в большинство операционных усилителей для обеспечения стабильности, особенно на высоких частотах.

Другим сопутствующим фактором являются малые внутренние токи привода, а также любые ограничения выходного каскада. Все это объединяется вместе, чтобы ограничить скорость, с которой выходной сигнал может изменяться с одного уровня на другой.

Операционные усилители

могут иметь разные скорости нарастания для положительных и отрицательных переходов из-за конфигурации схемы.

Операционные усилители

имеют дополнительный выход для передачи сигнала вверх и вниз, а это означает, что две стороны схемы не могут быть абсолютно одинаковыми. Однако часто предполагается, что они имеют достаточно симметричные уровни производительности.

Некоторые операционные усилители не имеют внутренней компенсации и нуждаются во внешних электронных компонентах для обеспечения компенсации.

Их можно оптимизировать для обеспечения наилучшего баланса между стабильностью и скоростью нарастания. Таким образом, можно получить наилучшую общую производительность.

Обоснование скорости нарастания

Проблемы со скоростью нарастания возникают из-за внутренней схемы операционного усилителя. Существуют различные причины ограничений большинства чипов:

Частотная компенсация: Конденсаторы, используемые внутри микросхемы для уменьшения высокочастотной характеристики, заметно влияют на скорость нарастания. Ограничение частотной характеристики также ограничивает скорость изменения, которая может произойти на выходе, и, следовательно, влияет на общую скорость нарастания операционного усилителя. Однако, чтобы операционные усилители оставались стабильными, всегда включаются компоненты частотной компенсации, и результирующее влияние на скорость нарастания также должно быть учтено в общей конструкции схемы.
Ограничения драйвера вывода: Внутри чипа, и особенно внутри драйвера вывода, низкие уровни тока ограничивают скорость, с которой могут происходить изменения. Это ограничивает скорость нарастания операционного усилителя. Обнаружено, что это область производительности, где скорости нарастания и спада могут различаться.
Это происходит из-за того, что микросхема по-разному увеличивает и уменьшает выходное напряжение. Например, на выходе может использоваться дополнительный выходной каскад. Слегка отличающиеся характеристики каждой половины вызовут небольшую разницу между возможностями скорости нарастания и спада.
Входные каскады с высоким коэффициентом усиления: В операционных усилителях используются дифференциальные входные каскады с высоким коэффициентом усиления. Высокий коэффициент усиления и тот факт, что они представляют собой усилители с крутизной проводимости, в которых входное напряжение создает выходной ток, означает, что существует вероятность того, что сигналы могут насыщаться, заставляя усилитель действовать как источник постоянного тока. Когда это происходит, скорость изменения выходного сигнала усилителя сильно ограничивается.

Можно видеть, что скорость нарастания, как правило, определяется факторами внутри самой микросхемы операционного усилителя. Соответственно, необходимо выбрать микросхему для конструкции электронной схемы, которая может обеспечить необходимую скорость нарастания. Расчет требуемой скорости нарастания для заданного сценария схемы означает, что любые проблемы можно решить на этапе проектирования схемы, а не обнаруживать проблему позже.

Искажение скорости нарастания

Если операционный усилитель работает с превышением предела скорости нарастания, сигналы будут искажены. Самый простой способ убедиться в этом — посмотреть на примере синусоиды.

Максимальная скорость изменения напряжения возникает в точке пересечения нуля.

Максимальная скорость изменения синусоидальной волны возникает в точке пересечения нуля — в этой точке ограничения скорости нарастания очень вероятны.

. Можно найти максимальную частоту или напряжение, которые можно приспособить. Синусоидальная волна с частотой f Гц и пиковым напряжением V вольт требует операционного усилителя со скоростью нарастания 2 x Π x f x V вольт в секунду. Это необходимо для обеспечения соблюдения требований к максимальной скорости нарастания, которая возникает в точке пересечения нуля.

Нарастающее искажение операционного усилителя (предел)

Как видно из диаграммы, в пределе нарастающее искажение операционного усилителя приводит к созданию сигнала треугольной формы. Если частота увеличивается, операционный усилитель будет еще менее способен поддерживать ее, и, следовательно, амплитуда выходного сигнала уменьшится.

Скорость нарастания также может быть нелинейной во всем диапазоне. В результате форма сигнала может демонстрировать более быстрый подъем в первой части изменения, а затем возвращаться к более ожидаемой скорости нарастания.

Также обратите внимание, что скорость нарастания обычно указывается для схемы, действующей как повторитель напряжения с единичным коэффициентом усиления и входом полного шага. Это означает, что существует большой дифференциальный привод и, как результат, большой ток. Для различных конфигураций, где имеется небольшое входное напряжение и большее усиление, скорость нарастания будет намного меньше.

Расчет скорости нарастания и формула

Относительно легко рассчитать скорость нарастания усилителя, которая требуется для данного приложения или конструкции электронной схемы, зная максимальное требуемое напряжение и частоту.

Для обеспечения работы без искажений скорости нарастания усилителя можно использовать приведенную ниже простую формулу.

Скорость нарастания = 2 πf В

Где скорость нарастания измеряется в вольтах в секунду, хотя фактические измерения часто приводятся в В/мкс
f = самая высокая частота сигнала, Гц
V = максимальное пиковое напряжение сигнала.

В качестве примера возьмем сценарий, в котором операционный усилитель требуется для усиления сигнала с пиковой амплитудой 5 вольт на частоте 25 кГц. Потребуется операционный усилитель со скоростью нарастания не менее 2 π x 25 000 x 5 = 0,785 В/мкс.

Калькулятор скорости нарастания

Хотя можно вручную рассчитать скорость нарастания, необходимую для операционного усилителя или другого усилителя, приведенный ниже простой калькулятор скорости нарастания операционного усилителя обеспечивает гораздо более простой и быстрый вариант.

Калькулятор скорости нарастания операционного усилителя

Для синусоиды с пиковым напряжением В

Скорость нарастания операционного усилителя может не влиять на некоторые схемы электронных схем, но для других она может вносить значительный уровень искажений. Соответственно, всегда лучше убедиться, что пределы скорости нарастания для чипа не будут превышены, и выбрать другое устройство, если это вероятно для какой-либо проектируемой электронной схемы. На рынке есть много устройств с высокой скоростью нарастания, и их обычно можно добавить в схему вместо более медленного устройства с небольшой модификацией остальной части схемы.