Счетверенный операционный усилитель: особенности и применение

Что такое счетверенный операционный усилитель. Каковы преимущества и недостатки счетверенных ОУ. В каких схемах лучше использовать счетверенные ОУ, а в каких — одиночные или сдвоенные. Как выбрать оптимальный тип ОУ для конкретного применения.

Что такое счетверенный операционный усилитель

Счетверенный операционный усилитель (ОУ) представляет собой интегральную микросхему, содержащую четыре независимых ОУ в одном корпусе. Каждый из четырех ОУ имеет два входа (инвертирующий и неинвертирующий) и один выход. При этом все ОУ используют общие выводы питания.

Основные особенности счетверенных ОУ:

• Четыре независимых ОУ в одном корпусе
• Общее питание для всех четырех ОУ
• Компактные размеры корпуса (обычно 14 или 16 выводов)
• Экономия места на печатной плате
• Меньшая стоимость по сравнению с четырьмя отдельными ОУ

Преимущества использования счетверенных ОУ

Счетверенные операционные усилители имеют ряд преимуществ по сравнению с использованием отдельных ОУ:

• Экономия места на печатной плате за счет компактного корпуса
• Снижение стоимости компонентов
• Упрощение разводки печатной платы
• Хорошее согласование параметров ОУ в пределах одного корпуса
• Уменьшение количества компонентов в схеме

Благодаря этим преимуществам счетверенные ОУ часто используются в схемах, где требуется несколько ОУ с похожими характеристиками.

Недостатки счетверенных ОУ

Однако у счетверенных ОУ есть и некоторые недостатки:

• Повышенное тепловыделение в одном корпусе
• Возможные перекрестные помехи между каналами
• Ограниченный выбор типов ОУ
• Сложнее обеспечить оптимальные характеристики для всех каналов
• При выходе из строя одного ОУ приходится менять всю микросхему

Поэтому при выборе между счетверенными и отдельными ОУ необходимо учитывать особенности конкретной схемы.

В каких схемах лучше использовать счетверенные ОУ

Счетверенные операционные усилители хорошо подходят для следующих применений:

• Активные фильтры высоких порядков
• Многоканальные усилители с одинаковыми характеристиками каналов
• Схемы обработки сигналов с несколькими каскадами
• Прецизионные выпрямители
• Схемы сравнения и детектирования
• Генераторы сигналов специальной формы

В этих схемах хорошо используются преимущества счетверенных ОУ — компактность, согласованность параметров и низкая стоимость.

Когда лучше использовать одиночные или сдвоенные ОУ

Одиночные или сдвоенные ОУ предпочтительнее в следующих случаях:

• Схемы с высокими требованиями к шумовым характеристикам
• Прецизионные измерительные схемы
• Усилители мощности
• Схемы с разными требованиями к ОУ
• Высокочастотные схемы

В этих применениях важнее обеспечить оптимальные характеристики каждого ОУ, чем выигрыш в компактности.

Популярные модели счетверенных ОУ

Некоторые часто используемые модели счетверенных операционных усилителей:

• LM324 — классический счетверенный ОУ общего применения
• TL084 — счетверенный ОУ с полевыми транзисторами на входе
• LM2902 — автомобильный вариант LM324
• LM6644 — высокоскоростной счетверенный ОУ
• AD8674 — счетверенный прецизионный ОУ с малым шумом

При выборе конкретной модели следует учитывать требования к параметрам ОУ в разрабатываемой схеме.

Как выбрать оптимальный тип ОУ для схемы

При выборе между счетверенным, сдвоенным или одиночным ОУ следует учитывать следующие факторы:

• Количество необходимых ОУ в схеме
• Требования к характеристикам ОУ (быстродействие, шум, точность и т.д.)
• Допустимое тепловыделение
• Требования к разделению каналов
• Стоимость и доступность компонентов
• Размеры печатной платы

Тщательный анализ этих факторов позволит выбрать оптимальный тип ОУ для конкретного применения.

Особенности применения счетверенных ОУ

При использовании счетверенных операционных усилителей следует учитывать некоторые особенности:

• Необходимо обеспечить хорошее разведение цепей питания
• Желательно использовать развязывающие конденсаторы для каждого ОУ
• Следует минимизировать паразитные связи между каналами на печатной плате
• Нужно учитывать повышенное тепловыделение в корпусе микросхемы
• Важно правильно выбрать режим работы для всех ОУ в микросхеме

Соблюдение этих рекомендаций позволит максимально эффективно использовать преимущества счетверенных ОУ.

Заключение

Счетверенные операционные усилители представляют собой удобное и экономичное решение для многих схем, где требуется несколько ОУ. Они позволяют уменьшить размеры устройства и снизить его стоимость. Однако в ряде случаев одиночные или сдвоенные ОУ могут обеспечить лучшие характеристики. Правильный выбор типа ОУ для конкретного применения позволяет найти оптимальный баланс между стоимостью, размерами и качеством работы схемы.

Операционный усилитель: одиночный, сдвоенный или счетверенный?

В статье обсуждаются особенности топологии одиночных, сдвоенных и счетверенных операционных усилителей (ОУ) и влияние конструкции на их параметры. Рассмотрены некоторые виды схем на базе ОУ и показано, в каком случае лучше выбрать одиночный, а в каком — сдвоенный или счетверенный вариант ОУ. Статья представляет собой сокращенный перевод [1].

Очевидным подходом при проектировании схем, где требуется много операционных усилителей, является использование сдвоенных или счетверенных ОУ. Во многих случаях это не влияет на параметры системы, однако для некоторых схем тщательный выбор между одиночными, сдвоенными и счетверенными ОУ, а также правильное размещение этих компонентов на плате могут улучшить характеристики схемы.

Одним их важных положений, выдвинутых еще первым исследователем монолитных ОУ Бобом Уидларом (Bob Widlar), было то, что интегральные схемы следует проектировать на основе согласования параметров компонентов, а не исходя из абсолютных номиналов резисторов или транзисторов. Этот принцип можно применить и при проектировании печатных плат, в которых используется много ОУ.

Действительно ли сдвоенный ОУ — это два ОУ или это один прибор с двумя функциями?

Существует мнение, что сдвоенный ОУ — это два отдельных ОУ, однако есть довольно тонкие различия между монолитной сдвоенной микросхемой и двумя отдельными микросхемами на плате, которые могут вызвать ряд проблем. Поскольку два ОУ расположены рядом на одном кристалле кремния, следует учитывать некоторые электрические и тепловые эффекты при использовании сдвоенного ОУ.

Влияние тепловых эффектов известно более 30 лет [2]. При изменении выходного напряжения ОУ изменяется и тепловое рассеивание, и тепловая волна распространяется по кристаллу по направлению ко входному каскаду, нарушая равновесие на входе и вызывая появление электрического сигнала. Тепловая волна может влиять на обе части сдвоенного ОУ, даже если они электрически разделены.

Наблюдаются также и электрические эффекты. Для уменьшения размера кристалла и, следовательно, стоимости прибора, некоторые узлы схемы, например, цепи смещения и запуска, делают общими для обоих каналов ОУ. Если один канал ОУ выйдет за допустимые пределы условий работы и вызовет отказ схемы смещения, то функционирование другого ОУ также нарушится. Кроме того, при использовании одной пары выводов питания проволочные соединения и некоторые металлизированные проводники на кристалле проводят ток, общий для обоих каналов ОУ. Ток, потребляемый в одной части кристалла, вызовет падение напряжения, степень влияния которого на другой канал ОУ зависит от коэффициента подавления помех по питанию (PSRR), изменяющегося с частотой.

При использовании сдвоенных ОУ имеются свои преимущества и недостатки. Некоторые из преимуществ достаточно очевидны. Во-первых, установка одного корпуса вместо двух снижает стоимость производства системы. Во-вторых, большинство производителей, как правило, предлагает сдвоенные ОУ по более низким ценам, чем два одиночных ОУ. За счет объединения некоторых узлов схемы площадь кристалла сдвоенного ОУ, как правило, меньше, чем удвоенная площадь кристалла одиночного ОУ. Третий момент: время измерения простых приборов, таких как ОУ, которое выполняется на высокоскоростной автоматизированной тестовой системе, ограничено, поэтому стоимость измерения одной функции также меньше. Эти же соображения верны и для стоимости корпуса. Наконец, т.к. два ОУ расположены на пластине очень близко друг к другу, электрические характеристики двух схем, которые обычно не оговорены техническими условиями, тоже очень схожи.

Есть, однако, и некоторые недостатки. При реализации двух или четырех схем в одном корпусе рассеивание мощности увеличивается. Для узкополосных и низковольтовых ОУ (с малым потреблением мощности) это увеличение приводит к незначительному (около 5°C) возрастанию температуры перехода. Для высокоскоростных ОУ, работающих на низкоимпедансную нагрузку, например, на коаксиальный кабель, такое увеличение может быть значительным, достигая едва ли не 30°C. Из-за механических напряжений в кристалле максимальное напряжение смещения для счетверенного ОУ будет выше, чем для сдвоенного или одиночного ОУ. В некоторых случаях сдвоенные ОУ будут иметь более высокое напряжение смещения, чем одиночные ОУ, а счетверенные будут иметь более высокое смещение, чем сдвоенные.

Кроме того, проблему представляют и перекрестные помехи, которые возникают из-за тепловых и электрических эффектов в кристалле. Как уже было сказано, тепловая волна от одного канала ОУ вызывает разбалансировку входного каскада другого канала сдвоенного ОУ. Это проявляется как низкочастотная обратная связь. К тому же, при использовании одного набора выводов питания для микросхемы сопротивление проволочного соединения является общим для всех каналов ОУ, поэтому ток большой нагрузки одной части схемы вызовет падение напряжения на проволочных соединениях. Коэффициент подавления помех по питанию ОУ не является бесконечной величиной, поэтому часть помех будет наводиться на другие части схемы. PSRR уменьшается с увеличением частоты, поэтому помехи проявляются, в основном, на частотах выше 5…10 кГц.

Влияние топологии на характеристики ОУ

Чтобы понять, почему происходят эти эффекты, полезно посмотреть, как устроены одиночные, сдвоенные и счетверенные ОУ.

Входной каскад

Обычно в качестве входного каскада ОУ используется дифференциальная пара. Она может быть выполнена на биполярных транзисторах как npn-, так и pnp-типа или построена на n- или p-канальных MOSFET или же на n- или p-канальных JFET.

Общая проблема для всех вариантов состоит в том, что если температура одного транзистора дифференциальной пары отличается от температуры другого транзистора даже на десятую долю градуса, то каскад будет разбалансирован. При коэффициенте усиления более 100 тыс. это может повлиять на выходное напряжение. Когда выходной каскад рассеивает мощность, тепловая волна перемещается через кристалл ко входному каскаду. Если входной каскад находится сравнительно далеко от выходного, изотермы будут представлять собой почти параллельные линии. Если два входных транзистора расположить таким образом, что волна достигнет обоих транзисторов в одно и то же время, равновесие на входе не нарушится.

Это неплохая идея, но можно предложить и лучшее решение. Если разделить каждый из входных транзисторов на два транзистора и соединить их перекрестно, то тепловая волна будет воздействовать на обе части схемы в меньшей степени, чем если бы транзисторов было только два. Термин «счетверенный ОУ с перекрестным соединением» имеет несколько значений, и это наиболее распространенное из них.

Имеются и другие методы оптимизации топологии кристалла в связи с влиянием в нем напряжений, температурного коэффициента резисторов и других факторов, которые подробно освещены в [3].

Расположение выводов корпуса

В [1] подробно перечислены топологии расположения выводов корпуса, и мы не будем подробно их описывать. Отметим лишь, что оптимальная топология для сдвоенного ОУ не является оптимальной для счетверенного ОУ. Можно, конечно, спроектировать индивидуальные топологии для одиночного, сдвоенного и счетверенного ОУ, но с учетом времени вывода изделия на рынок и стоимости проектирования стандартным подходом является повторное использование существенных частей проекта. Когда в семействе ОУ планируются только одиночные и сдвоенные версии, то обычно оптимизируется топология сдвоенного варианта.

Как-то довольно давно один из производителей создал счетверенный ОУ, который демонстрировал весьма хорошие характеристики. Секрет был в использовании специальной выводной рамки, в которой размещалось два сдвоенных кристалла, т.е. прибор представлял собой гибридное устройство или многокристальный модуль. Это требовало выполнения сборки прибора либо на заводе-изготовителе, либо в компании, специализирующейся на сборке. Конечный процент выхода годных такого прибора приблизительно равен произведению процентов выхода годных отдельных кристаллов. Например, если выход годных кристалла равен 99%, то конечный процент выхода годных прибора был бы равен 0,99 × 0,99 = 98,01%, что вполне допустимо. Если же процент выхода годных кристалла равен 90%, что вполне возможно для приборов с весьма малыми допусками на параметры, то общий выход годных будет равен 0,9 × 0,9 = 81%.

Примеры удачных схем

С учетом сложного взаимодействия между каналами ОУ возникает вопрос: когда имеет смысл использовать согласованные характеристики сдвоенных ОУ? Приходят на ум два довольно распространенных приложения: построение инструментального усилителя, состоящего из трех ОУ, и схема компенсации фазы для критичных приложений. Схема классического инструментального усилителя, состоящего из трех ОУ, показана на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема инструментального усилителя, состоящего из трех ОУ

Как правило, для этого приложения предпочитают использовать счетверенные ОУ, однако заметим, что A1 и A2 могут работать с коэффициентом усиления шума равным пяти, десяти и выше. Это означает, что следует уделить особое внимание напряжению входного смещения и напряжению шума на входе. A3 имеет другие требования, поэтому для него целесообразно использовать другой тип ОУ. A3 обычно работает при значительно меньшем значении коэффициента усиления, и уровень его входного шума по отношению к общему входу инструментального усилителя делится на коэффициент усиления первого каскада, поэтому он менее важен.

Наконец, нагрузка для третьего ОУ, в общем случае, больше, чем для первых двух ОУ.

Смещение входного каскада будет зависеть от напряжения смещения операционных усилителей A1 и A2. На рынке имеется немного сдвоенных ОУ, которые имеют гарантированное согласование двух каналов. Даже если согласование не гарантируется, то всегда стараются обеспечить достаточное согласование двух ОУ. Например, максимальный температурный дрейф напряжения смещения AD8599 равен 2,2 мкВ/°C, и хотя согласование не предусмотрено техническими условиями, измерения на случайной выборке из 100 приборов показали максимальную разницу по этому параметру менее 1 мкВ/°C.

При проектировании системы следует учитывать наихудшее сочетание параметров и использовать максимальное значение напряжения смещения Vos, указанное в технической документации для схем в интегральном исполнении. Одним из наиболее важных параметров инструментального усилителя является коэффициент подавления синфазной помехи (CMRR). Согласование ОУ A1 и A2 по CMRR позволяет улучшить общую величину CMRR. Это главная причина, по которой стараются использовать монолитный сдвоенный ОУ для входного каскада в этом приложении.

Нагрузка для A1 и A2 не является большой, однако для A3 нагрузка может быть довольно значительной, поэтому с точки зрения электрических и тепловых факторов лучше использовать монолитный сдвоенный и одиночный ОУ. В пользу этого говорит и возможность более простой разводки. Заметим, что коэффициент подавления синфазной помехи по постоянному и переменному току для выходного каскада существенно зависит от согласования резисторов и паразитных емкостей, что часто игнорируют.

Современный технологический процесс позволяет создать монолитный дифференциальный усилитель с лазерной подгонкой тонкопленочных резисторов (например, AD8271), который стоит меньше и обеспечивает лучшие характеристики, чем дискретный ОУ с четырьмя резисторами с 0,1-% допусками. В зависимости от требуемой величины CMRR на данной частоте, площади на печатной плате, точности системы и тока потребления можно выбрать полный монолитный инструментальный усилитель, например, AD8226.

Мониторинг шин питания

В системе с однополярным питанием сдвиг фазы составляет 45°, когда амплитуда уменьшается на 3 дБ. Расчетные значения фазо- и амплитудно-частотных характеристик приведены в таблице 1. Заметим, что даже на частоте в 100 раз ниже частоты среза сдвиг фазы еще превышает полградуса, а амплитуда немного меньше допустимой величины. Для систем, в которых следует обеспечить высокую точность как по амплитуде, так и по фазе, например, для систем мониторинга линий питания, можно использовать характеристики по переменному току одного канала ОУ для того, чтобы компенсировать фазовую характеристику другого канала ОУ.

Таблица 1. Зависимость сдвига фазы и амплитуды от частота перегиба

Нормализованная частота перегиба	Сдвиг фазы, град.	Амплитуда, дБ
0,001	0,057	-4,34E-6
0,01	0,573	-4,34E-4
0,1	5,71	-0,086
0,5	26,57	-0,969
1(fp)	45	-3,01
2	63,43	-4,77
10	84,29	-20,04
100	89,43	-40,00

Базовая концепция такого подхода показана на рисунке 2. На рисунке 3 изображены фазовые характеристики для обычной однополюсной системы (на графике она обозначена как «нескомпенсированная») и для системы, показанной на рисунке 2 (на графике она обозначена как «скомпенсированная»).

Рис. 2. Схема компенсации фазы на сдвоенном ОУ

Рис. 3. Фазовые характеристики обычной однополюсной системы и схемы с компенсацией фазы, показанной на рисунке 2

Примеры неудачных схем

Счетверенный ОУ в сигнальной цепи

Для сигналов величиной несколько милливольт сигнальная цепь должна иметь малый уровень шума для того, чтобы поддерживать приемлемый уровень общего отношения сигнал-шум. Распределяя коэффициент усиления по цепи и выбирая соответствующий одиночный, сдвоенный или счетверенный ОУ, можно улучшить характеристики и снизить общую стоимость такой схемы. Например, при максимальном входном сигнале равном 50 мВ, 10-В напряжении и 2-кОм резисторе на выходе, потребуется коэффициент усиления равный  200.

Четыре блока сигнальной цепи, показанной на рисунке 4, могут быть сконфигурированы как буфер, инвертирующий суммирующий усилитель с коэффициентом усиления –1 для регулировки смещения всей сигнальной цепи, фильтр Саллена-Кея с коэффициентом усиления 1 или усилительный каскад с коэффициентом усиления 200.

Для реализации общих требований к сигнальной цепи из четырех блоков можно было бы выбрать счетверенный ОУ. Однако это бы-
ло бы плохим решением по нескольким причинам.

1. Для того чтобы получить низкий уровень шума в первом каскаде, необходимо было бы выбрать счетверенный ОУ с малым уровнем шума, например, AD8674.

2. На печатной плате в этом случае возникнет паразитная емкостная связь между выходным и входным каскадами и тепловая связь на кристалле между каналами ОУ.

3. Для последнего каскада потребуется большая величина произведения коэффициента усиления на ширину полосы пропускания.

Лучшим решением (хотя и не единственным) было бы введение большего усиления в начальных каскадах сигнальной цепи. Слишком большое усиление в начальных каскадах может привести к перегрузке промежуточного каскада. Если коэффициент усиления в первом каскаде равен десяти, то вклад собственного шума второго каскада в суммарный шум уменьшается в 10 раз. Поскольку каждый каскад добавляет усиление, то требования к последующему каскаду снижаются.

Таким образом, покупка дорогого счетверенного ОУ с низким уровнем шума и использование его для всех четырех блоков не является столь экономически выгодным решением, как использование сдвоенного ОУ с низким уровнем шума для первых двух каскадов и недорогого сдвоенного ОУ общего назначения для последних двух каскадов.

Усилитель наушников

Даже если было бы возможно создать превосходный сдвоенный ОУ на кремниевом кристалле, имелся бы ряд проблем, связанных с корпусом и печатной платой. Сдвоенные и счетверенные ОУ имеют один общий набор выводов питания, а не два или четыре. Сопротивление проволочного соединения может составлять 50…100 мОм, поэтому использование одного канала сдвоенного ОУ для питания током 100…200 мА наушников
с низким импедансом может вызвать проблемы.

Предполагается, что все символы, обозначающие «землю» на типовой электрической схеме, отражают тот факт, что в этой точке напряжение равно 0 В, но это не совсем верно. В одной точке земляной шины напряжение действительно равно 0 В, но из-за падения напряжения в других точках земляной шины потенциал на самом деле на мкВ выше или ниже 0 В. Из-за того, что проводник печатной платы длиной 1 дюйм может иметь сопротивление 50 мОм, в самых неожиданных местах схемы может возникать дополнительное падение напряжения.

Идеальная схема стереоусилителя наушников на базе двух ОУ теоретически имеет бесконечное разделение каналов. Однако в реальной схеме разделение каналов может не превышать 60 дБ. Дело в том, что проволочные соединения и металлизация на кристалле могут вносить перекрестные помехи, однако основной вклад в ухудшение характеристик схемы вносит проводник печатной платы длиной четверть дюйма, который является общим проводником для нагрузки левого канала и источника сигнала правого канала. Использование двух одиночных ОУ в этом случае позволило бы улучшить характеристики, снизить температуру перехода, повысить надежность и упростить топологию печатной платы усилителя наушников.

Заключение

Для того чтобы получить наилучшие характеристики и снизить стоимость системы, необходимо оценить условия в каждом узле схемы и принять решение об использовании наиболее подходящего ОУ. При автоматизированном монтаже плат и малых размерах корпуса использование одиночных и сдвоенных ОУ вместо счетверенных может не повлиять на общую стоимость системы. Принимая во внимание топологию печатной платы, характеристики системы в диапазоне температур, требуемое разделение каналов, согласование фазы и стоимость, можно выбрать наилучшее сочетание одиночных и сдвоенных ОУ в схеме.

Литература

1. Harry Holt. Op amps: to dual or not to dual?//www.eetimes.com.

2. James Solomon. The Monolithic Op Amp: A Tutorial Study//IEEE JSSC Vol. SC-9, No. 6 Dec. 1974.

3. Alan Hastings. Art of A nalog Layout. 2nd Ed//Prentice Hall, 2005.

Популярные счетверенные операционные усилители, справочник

Схемы разводки выводов и технические характеристики счетверенных операционных усилителей серий LA, LF, LM, TL, КР, КМ и К.

• ±Uп — допустимые пределы двуполярного напряжения питания,
• Ucm — напряжение смещения,
• Івх — входной ток,
• Ку — максимальный коэффициент усиления,
• Frp1 — граничная частота единичного усиления.

Таблица 1.

Тип	Произв.	±Uп (V)	Uсм (mV)	lвх (nA)	Ky (dB)	Fгр1 (MHz)	Корпус
LA6324	Sanyo	3…32	2	55	100	1	DIP14
LA6324M	Sanyo	3. ..32	2	55	100	1	FP14
LA6324S	Sanyo	3…32	2	55	100	1	S014
LF347D	NSC	5…18	3	25	100	4	S014
LF347J	NSC	5…18	5	25	100	4	DIP14
LF347N	NSC	5…18	3	25	100	4	DIP14
LF347AJ	NSC	5…18	1	25	100	4	DIP14
LF347BD	NSC	5…18	3	25	100	4	SOM
LF347BJ	NSC	5. ..18	3	25	100	4	DIP14
LM2902D	NSC	3…26	7	5	100	1	SOM
LM2902J	NSC	3…26	2	5	100	1	SDIP14
LM2902N	NSC	3…26	7	5	100	1	DIP14
LM2902N-14	NSC	3…26	2	5	100	1	DIP14
LM2902PWLE	NSC	3…26	7	5	100	1	FP14
LM324AD	NSC	3…32	3	5	100	1	SOM
LM324AF	NSC	3. ..32	2	5	100	1	DIP14
LM324AN	NSC	3…32	3	5	100	1	DIP14
LM324APWLE	NSC	3…32	2	5	100	1	FP14
LM324BLE	NSC	3…32	2	5	100	1	SOM
LM324D	NSC	3…32	7	5	100	1	SOM
LM324F	NSC	3…32	1	5	100	1	DIP14
LM324N	NSC	3…32	7	5	100	1	DIP14
LM348	NSC	5. ..22	1	4	104	1	DIP14
TL064ACD	Tl	3,5…18	6	0,005	70	1	SOM
TL064ACN	ТІ	3,5…18	6	0,005	70	1	DIP14
TL064BCD	ТІ	3,5…18	3	0,005	70	1	SOM
TL064BCN	ТІ	3,5…18	3	0,005	70	1	DIP14
TL064CD	ТІ	3,5…18	15	0,005	70	1	SOM
TL064CN	ТІ	3,5…18	15	0,005	70	1	DIP14
TL064CPW	ТІ	3,5. ..18	15	0,005	70	1	SOM
TL064ID	ТІ	3,5…18	6	0,005	70	1	SOM
TL064IN	ТІ	3,5…18	6	0,005	70	1	DIP14
TL064MJ	ТІ	3,5…18	9	0,005	70	1	SDIP14
TL084ACD	ТІ	3,5…18	6	0,05	70	3	SOM
TL084ACN	ТІ	3,5…18	6	0,05	70	3	DIP14
TL084BCD	ТІ	3,5…18	3	0,05	70	3	SOM
TL084BCN	ТІ	3,5. ..18	3	0,05	70	3	DIP14
TL084CD	ТІ	3,5…18	15	0,05	70	3	SOM
TL084CPW	ТІ	3,5…18	15	0,05	70	3	SOM
TL084ID	ТІ	3,5…18	6	0,05	70	3	SOM
TL084IN	ТІ	3,5…18	6	0,05	70	3	DIP14
TL084MJ	ТІ	3,5…18	9	0,05	70	3	SDIP14
К1401УД4	СНГ	5…18	10	1	100	2,5	DIP14
КР1435УД2	СНГ	3. ..16	5	5	85	1	DIP14
КР1435УД4	СНГ	5…18	7,5	0,025	100	4	DIP14

Рис. 1. Схема разводки выводов операционных усилителей из таблицы 1.

Таблица 2.

Тип	Произв	±Uп (V)	Uсм (mV)	Івх (пА)	Ку (dB)	Fгр1 (MHz)	Корпус
К1401УД1	СНГ	2…18	2	150	70	2,5	DIP14
К1401УД2А	СНГ	3…16	2	2	100	1	DIP14
К1401УД2Б	СНГ	3. ..16	5	2	100	1	DIP14
КМ1401УД2А	СНГ	3…16	2	2	100	1	DIP 14
КМ1401УД2Б	СНГ	3…16	5	2	100	1	DIP14

Рис. 2. Схема разводки выводов операционных усилителей из таблицы 2.

Таблица 3.

Тип	Произв	±Un (V)	Ucm (mV)	Івх (пА)	Ку (dB)	Frp1 (MHz)	Корпус
LM346	NSC	1,5. 18	0,5	2	120	1,2	DIP16
КФ1032УД1	СНГ	1,5 22	0,5	2	120	1,2	S016
К1401УДЗ	СНГ	1,5 22	0,5	2	120	1,2	DIP16
КР1435УДЗ	СНГ	1,5. 18	5	2	120	1,2	DIP16
КР140УД27	СНГ	1,5 18	0,5	2	120	1,2	DIP16

Рис. 3. Схема разводки выводов операционных усилителей из таблицы 3.

1 1291 Микросхемы

ОУ операционный усилитель справочник

• PT4450 — передатчик для дистанционного управления, даташит (datasheet)
• Микросхема BA6138, BA6138F — два квадратичных компрессора/усилителя сигнала
• Микросхема SSM2135P, SSM2135S — двухканальныйоперационный усилитель
• Что такое трансформатор, види трансформаторов и обозначение на схемах

Наиболее часто используемые ИС операционных усилителей и как их выбрать для вашего следующего приложения

Одной из наиболее важных функций электронных схем является усиление. Без усиления многие другие специфические схемы не работали бы. Например, генераторы для генерации синусоидальных, прямоугольных, импульсных или любых других желаемых форм волны были бы невозможны без схем усилителя.

Операционный усилитель или операционный усилитель обеспечивает очень высокопроизводительную и очень стабильную схему усиления с очень небольшим количеством пассивных компонентов, поэтому в этом руководстве мы узнаем о наиболее часто используемые ИС операционных усилителей и как выбрать операционный усилитель для вашего приложения. Мы уже рассмотрели широкий спектр микросхем операционных усилителей с их описанием, схемой расположения выводов и работой.

 

Что такое операционный усилитель?

Прежде чем двигаться дальше, давайте обсудим основы операционных усилителей. Если мы представим идеальный усилитель, он должен иметь бесконечный коэффициент усиления, бесконечный входной импеданс, нулевой выходной импеданс и бесконечную полосу пропускания, но в реальных сценариях нет ничего идеального, поэтому они имеют конечный коэффициент усиления и конечную полосу пропускания.

Термин «операционный усилитель» первоначально использовался для усилителей постоянного тока, выполняющих математические операции, такие как суммирование, вычитание, интегрирование и дифференцирование в аналоговых компьютерах. Сфера применения операционных усилителей гораздо шире и может применяться для множества других целей, кроме усиления, например. регуляторы напряжения в системах КИПиА.

 

Операционный усилитель может усиливать сигналы с частотой от 0 Гц до 1 МГц. Это означает, что операционный усилитель можно использовать для усиления сигналов постоянного тока (0 Гц), а также входных сигналов переменного тока (высокочастотные сигналы). Кроме того, он сконструирован таким образом, что внешние компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и т. д., могут быть подключены к его клеммам. А добавляя эти пассивные компоненты, можно изменить его внешние характеристики.

 

Понимание параметров операционного усилителя

При разработке продукта важно знать характеристики операционного усилителя, т. 5, а входное напряжение равно 2 В, у нас будет выходное напряжение 400 000 В, что практически невозможно, поскольку это означает, что операционный усилитель НАСЫЩЕН и выходное напряжение ограничено VCC.

 

2. Входное сопротивление: Это сопротивление между неинвертирующим и инвертирующим входом усилителя.

 

3. Выходное сопротивление: Выходное сопротивление аналогично внутреннему сопротивлению батареи, поэтому оно очень мало, что означает, что выходное напряжение зависит от нагрузки.

 

4. Входное напряжение смещения:   Если подать одинаковое входное напряжение на обе клеммы операционного усилителя, на выходе должно быть ноль вольт. Практически это невозможно, потому что транзисторы внутри не имеют одинакового номинала, поэтому на выходе появляется очень маленькое напряжение. Итак, чтобы сделать выход нулевым, мы должны применить небольшое дифференциальное напряжение, это напряжение известно как входное напряжение смещения.

 

5. Входной ток смещения: . Если мы соединим неинвертирующую и инвертирующую клеммы операционного усилителя с землей, мы увидим, что через выходной контакт операционного усилителя будет протекать очень небольшое количество тока. Ампер, этот ток создается из-за того, что базовый ток внутреннего транзистора не одинаков, поэтому, чтобы сделать выходной ток равным нулю, применяется небольшой входной ток, чтобы компенсировать выходной ток, этот входной ток известен как входной ток смещения. .

 

6. Входной ток смещения: Входной ток смещения представляет собой среднее значение токов, протекающих через инвертирующие и неинвертирующие входные клеммы операционного усилителя. Чем меньше входной ток смещения, тем меньше дрейф.

 

7. CMRR: Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) определяется как отношение усиления дифференциального напряжения к усилению синфазного напряжения. Способность дифференциального усилителя подавлять синфазный сигнал выражается коэффициентом подавления синфазного сигнала.

 

8. Скорость нарастания: Определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения в единицу времени и выражается в вольтах в микросекунду. Скорость нарастания показывает, насколько быстро выходной сигнал OP-AMP может изменяться в ответ на изменение входной частоты.

 

выход может быть направлен на рельс к рельсу.

 

10. Gain-Bandwidth Продукт: Мы знаем, что из-за паразитной емкости перехода и хранения изменений неосновных несущих в устройствах коэффициент усиления по напряжению ОУ уменьшается на высоких частотах. По мере увеличения входного сигнала частоты усиление без обратной связи падает до тех пор, пока оно, наконец, не отреагирует на значение 1. Частота, при которой усиление уменьшается до 1, определяется как частота с единичным усилением или ширина полосы с единичным усилением.

 

11. Размах входного шумового напряжения: Если мы посмотрим на шумовой сигнал, он будет иметь максимальную и минимальную точки, а разница между минимальным и максимальным значениями называется размахом входного шумового напряжения.

 

12. Единичное усиление: Усилитель с единичным усилением — это усилитель с коэффициентом усиления, равным 1, что также означает отсутствие усиления. Выходное напряжение будет таким же, как входное напряжение, это широко известно как усилитель повторителя напряжения.

 

Теперь мы обсудим различные типы интегральных схем операционных усилителей, которые могут быть полезны для вашей следующей конструкции усилителя.

 

1. uA709M

Модель LM709 — это классика индустриального монофонического усилителя, разработанная и изготовленная компанией Texas Instruments в 1971 году для приложений общего назначения. Он поставляется в 8-контактном DIP-, 10-контактном DIP-, 14-контактном DIP-корпусе и предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже

• Максимальное напряжение питания ±18 В
• Максимальное входное напряжение ±10 В
• Он имеет низкое напряжение смещения 6 мВ макс. и может дрейфовать 6 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения макс. 500 нА и может дрейфовать до 22,8 нА/°C
• Входное сопротивление 750К
• Имеет выходное сопротивление 150 Ом
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 70 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 24 В
• Диапазон рабочих температур от –55 до 125 °C

 

Применения включают повторитель напряжения, базовый компаратор, мультивибратор и генератор частоты.

Номер детали: uA709M

Аналогичные продукты: LM709

 

2.  LM741 900 02

LM741 — еще один классический монолитный усилитель, разработанный и изготовленный компанией Texas Instruments в 1981 году для приложений общего назначения. Он поставляется в 8-контактном корпусе PDIP (пластиковый двухрядный корпус), 8-контактном CDIP (керамический двойной встроенный корпус) и корпусе TO-99 и предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже.

• Максимальное напряжение питания ±22 В
• Максимальное входное напряжение ±15 В
• Коэффициент усиления по напряжению 200 В/мВ
• Имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе
• Он имеет низкое напряжение смещения максимум 6 мВ и может дрейфовать 15 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения макс. 70 нА и может дрейфовать до 0,5 нА/°C
• Имеет входное сопротивление 6 МОм
• Выходной ток короткого замыкания не более 40 мА
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) равен 90 дБ макс
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 16 В макс.
• Полоса пропускания 1,5 МГц макс.
• Скорость нарастания: 0,7 В/мкс Макс.
• Диапазон рабочих температур от –50 до 125 °C

 

Применение LM741 включает компаратор, усилитель постоянного тока, суммирующий усилитель, интегратор или дифференциатор и активные фильтры.

Номер детали: LM741

Аналогичные продукты: UA741, µA741

 

3. LM1458

LM1458 — это сдвоенный операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией, разработанный и изготовленный компанией Texas Instruments в 1998 году для приложений общего назначения. Он поставляется с различными пакетами, такими как TO-CAN, DSBGA (шариковая решетка размером с кристалл), SOIC (миниатюрная интегральная схема) и PDIP (пластиковый двойной встроенный пакет). Он также предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже:

• Максимальное напряжение питания ±18 В
• Максимальное входное напряжение ±15 В
• Коэффициент усиления по напряжению 15 В/мВ
• Имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе
• Он имеет низкое напряжение смещения максимум 6 мВ и может дрейфовать 15 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения макс. 300 нА и может дрейфовать до 0,5 нА/°C
• Входное сопротивление 1 МОм
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 90 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 14 В макс.
• Полоса пропускания 1 МГц, макс.
• Диапазон рабочих температур от 0 до 70 °C

 

Применение LM1458 включает суммирующие усилители, портативные устройства, компараторы, интеграторы и т. д.

 

4. LM358N

LM358N — это сдвоенный операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией, разработанный и изготовленный компанией Texas Instruments в 2000 году для приложений общего назначения. Он поставляется в различных упаковках, таких как TO-CAN, DSBGA (массив шариковой решетки размером с кристалл), SOIC (миниатюрная интегральная схема) и PDIP (пластиковая двойная встроенная упаковка) и предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже:

• Максимальное напряжение питания 32 В
• Коэффициент усиления по напряжению 100 В/мВ
• Имеет постоянную защиту от короткого замыкания на выходе
• Он имеет низкое напряжение смещения максимум 5 мВ и может дрейфовать 7 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения макс. 100 нА и может дрейфовать до 10 пА/°C
• Входное сопротивление 10 МОм
• Выходной ток короткого замыкания не более 60 мА
• Имеет выходное сопротивление 300 Ом
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 70 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения: 16 В макс.
• Полоса пропускания 1 МГц
• Скорость нарастания 0,9 В/мкс Макс.
• Диапазон рабочих температур от 0 до 70 °C

 

Область применения LM358N включает в себя активные фильтры, общее преобразование и усиление сигналов, датчик токовой петли 4–20 мА, источники бесперебойного питания, программируемые логические контроллеры и т. д.    

Номер детали : LM358N

Аналогичные продукты : LM358B, LM358(ST)

 

5. LM324

LM324N представляет собой счетверенный операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией, разработанный и изготовленный Texas Instruments в 2000 г. для общего назначения приложений, он поставляется в 14-контактном PDIP (пластиковый двойной встроенный корпус), 14-контактном CDIP (керамический двойной встроенный корпус), 14-контактном SOIC (миниатюрная интегральная схема) и 14-контактном TSSOP (тонкоусадочный малый корпус) пакеты и предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже

• Максимальное напряжение питания 32 В
• Коэффициент усиления по напряжению 100 В/мВ
• Он имеет входной ток смещения 100 нА
• Имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе
• Он имеет низкое напряжение смещения максимум 3 мВ и может дрейфовать 30 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения макс. 30 нА и может дрейфовать до 300 пА/°C
• Выходной ток короткого замыкания не более 60 мА
• Имеет выходное сопротивление 350 Ом
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 85 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 16 В макс.
• Полоса пропускания 1 МГц
• Диапазон рабочих температур от 0 до 70 °C

 

Номер детали: LM324

Аналогичные продукты: LM324 (ON Semiconductors)

 

6. LF3 53-N

LF353-N — недорогой двухканальный источник питания с высоким коэффициент усиления, широкая полоса пропускания, операционные усилители с двумя входами JFET с внутренней подстройкой входного напряжения смещения, двойной операционный усилитель, разработанный и изготовленный Texas Instruments в 1998 для системно-критичных приложений общего назначения. Он поставляется в 8-контактном корпусе PDIP (Plastic Dual Inline Package) и предлагает очень интересные функции, которые обсуждаются ниже.

• Максимальное напряжение питания ±18 В
• Коэффициент усиления по напряжению 100 В/мВ
• Входной ток смещения 200 пА
• Имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе
• Он имеет низкое напряжение смещения максимум 10 мВ и может дрейфовать 10 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения макс. 100 пА и может дрейфовать до 5 пА/°C 912 Ом
• Имеет выходное сопротивление 350 Ом
• Имеет размах напряжения ±13,5 В
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 100 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 16 В макс.
• Выходная полоса пропускания составляет 4 МГц
• Скорость нарастания: макс. 13 В/мкс
• Диапазон рабочих температур от 0 до 150 °C

 

Применение LF353-N включает высокоскоростные интеграторы, быстродействующие цифро-аналоговые преобразователи, схемы выборки и хранения

Номер детали: LF353-N

Аналогичные продукты: LF353(ON Semi), LF353(ST)

 

7. TL074 9000 6

Tl074 — недорогой блок питания с двойным операционные усилители с высоким коэффициентом усиления, широкой полосой пропускания и двойным входом на JFET с внутренней подстройкой входного напряжения смещения. Это счетверенный операционный усилитель, разработанный и изготовленный компанией Texas Instruments в 1978 году для высокоскоростных приложений. Он поставляется в 14-контактном корпусе PDIP (пластиковый двухрядный корпус), 14-контактном CDIP (керамический двойной встроенный корпус), 14-контактном SOIC (миниатюрная интегральная схема) и 14-контактном TSSOP (тонкоусадочный компактный корпус). интересные особенности, которые обсуждаются ниже 912 Ом

Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 100 дБ

Максимальный размах выходного напряжения составляет 13,5 В макс.

Полоса пропускания 3 МГц

Скорость нарастания 13 В/мкс

Общее гармоническое искажение: 0,003% (типичное значение)

Диапазон рабочих температур от 0 до 70 °C

 

Применение Tl074 включает в себя генераторы, высокодобротный режекторный фильтр, прямоугольный генератор. Его очень низкое потребление тока позволяет использовать приложения с батарейным питанием, усилитель Unity Gain Amplifier, схему управления звуковым тоном и многое другое.

Номер детали: TL074xN

Аналогичные продукты: TL072, TL082, TL084

 

8. NE5532 900 06

NE5532 — недорогой высокопроизводительный усилитель с двойным питанием и исключительными хорошие характеристики, разработанный и изготовленный компанией Texas Instruments в 1979 году для экономичных приложений. Он поставляется в 8-контактных корпусах PDIP (Plastic Dual Inline Package) и 8-pin SOIC (Small Outline Integrated Circuit) и предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже.0003

• Максимальное напряжение питания ± 15 В
• Он имеет максимальный ток питания 10 мА для каждого операционного усилителя
• Он имеет входной ток смещения 1000 нА
• Имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе
• Имеет низкое напряжение смещения 5 мВ
• Он имеет входной ток смещения 200 нА
• Выходной ток короткого замыкания не более 60 мА
• Входное сопротивление 300 кОм
• Имеет выходное сопротивление 0,3 Ом
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 100 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 26 В макс.
• Полоса пропускания: макс. 10 МГц
• Скорость нарастания: макс. 9 В/мкс
• Диапазон рабочих температур от -65 до 150 °C

 

Применение NE5532 включает в себя аудио-ресиверы, аудиомикшеры, высокопроизводительные аудиопредусилители и многое другое.

Номер детали: NE5532A

Аналогичные продукты: NE5532(ON Semi), 5962-9760301QPX

 

8. OP07

OP07 — прецизионный операционный усилитель с двойным питанием и высоким коэффициентом усиления, разработанный и изготовленный компанией Analog Devices в 2002 г. для высокоточных приложений. . Он поставляется в 8-контактном корпусе PDIP (пластиковый двухрядный корпус), 8-контактном корпусе SOIC (миниатюрная интегральная схема) и корпусе TO-99 и предлагает очень интересные функции, которые обсуждаются ниже:

• Максимальное напряжение питания составляет ± 15 В
• Коэффициент усиления по напряжению 450 В/мВ
• Максимальный ток питания 4 мА для каждого операционного усилителя
• Входной ток смещения 7 нА
• Имеет встроенную защиту от короткого замыкания на выходе
• Он имеет низкое напряжение смещения 75 мкВ макс. и может дрейфовать 1,3 мкВ/°C
• Он имеет входной ток смещения 3,8 нА и может дрейфовать до 35 пА/°C
• Входное сопротивление 50 МОм в синфазном режиме и 160 ГОм в дифференциальном режиме
• Имеет выходное сопротивление 60 Ом
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 106 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 12,6 В макс.
• Полоса пропускания: макс. 0,6 МГц
• Скорость нарастания: 0,3 В/мкс Макс.
• Диапазон рабочих температур от -40 до 85 °C

 

Его приложения включают в себя схему абсолютного значения, схему низкочастотного шума, высокоскоростной, составной усилитель с низким VOS, прецизионный суммирующий усилитель без регулировки, высокостабильный усилитель термопары, прецизионную схему абсолютного значения и многое другое.

Номер детали: OP07EPZ

Аналогичные продукты: OP07CP (Texas Instruments)

 

9. MAX4238 900 15

Дорогостоящая модель MAX4238 с низким уровнем шума, высоким коэффициентом усиления, широкой полосой пропускания и сверхвысокой точностью. Усилитель, разработанный и изготовленный компанией maxim Integrated для высокоточных приложений. Он поставляется в корпусах SO6 и SOT23 (маленький транзистор) и предлагает интересные функции, которые обсуждаются ниже

• Максимальное напряжение питания 6 В
• Ток питания 600 мкА
• Входной ток смещения 1 пА
• Длительное короткое замыкание на выходе
• Имеет низкое напряжение смещения 2 мкВ
• Входной ток смещения 2 пА
• Выходной ток короткого замыкания не более 40 мА
• Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) не более 140 дБ
• Максимальный размах выходного напряжения составляет 50 мВ при RL=10K
• Полоса пропускания 1 МГц, макс.
• Скорость нарастания 0,35 В/мкс Макс.
• Диапазон рабочих температур от -40 до 150 °C

 

Применение MAX4238 включает термопары, тензодатчики, электронные весы, медицинские инструменты, инструментальные усилители и т. д. MAX4239

 

Заключение

Чтобы правильно выбрать операционный усилитель для своего приложения, вам следует просмотреть спецификации различных операционных усилителей и выбрать тот, характеристики которого соответствуют требованиям вашего проекта. Выбор операционного усилителя только по предположению может испортить вам день.

6 Неправильное использование операционных усилителей при проектировании цепей измерения и управления. Технология

Операционный усилитель является очень важным компонентом в цепях измерения и управления и имеет очень широкий спектр применений в цепях измерения и управления. Операционные усилители, как широко используемые устройства, все шире используются в измерительных и управляющих схемах. Схема измерения и управления предъявляет к операционным усилителям больше требований, чем другие приложения, поэтому к конструкции операционных усилителей предъявляются более жесткие требования. Если операционный усилитель не спроектирован должным образом в процессе фактического проектирования схемы измерения и управления, это, вероятно, серьезно повлияет на работу всей схемы измерения и управления или даже сделает схему неспособной нормально работать. В этой статье будут проведены углубленные исследования и анализ нескольких распространенных случаев неправильного использования операционных усилителей при разработке схем измерения и управления, а также предложены некоторые решения.

1. Выбор корпуса

В процессе проектирования схемы измерения и управления неизбежно возникнет проблема компоновки операционного усилителя. Вообще говоря, существует три метода компоновки операционных усилителей: один корпус в одном корпусе называется одиночным операционным усилителем, два в одном корпусе называются сдвоенным операционным усилителем, а четыре в одном корпусе называются счетверенным операционным усилителем. Будь то одиночный операционный усилитель, двойной операционный усилитель или четыре операционных усилителя, источник питания соединен вместе. Сдвоенные операционные усилители и счетверенные операционные усилители имеют две входные клеммы, неинвертирующую и инвертирующую, в то время как однооперационные усилители также имеют на этой основе клемму регулировки нуля. В реальном процессе проектирования, если корректировка нуля очень важна, необходимо использовать один операционный усилитель . Есть два момента, на которые следует обратить внимание при выборе одного операционного усилителя. Во-первых, терминал установки нуля может стать еще одним входным терминалом, что может привести к огромным ошибкам; Во-вторых, две входные клеммы одного операционного усилителя находятся далеко друг от друга, поэтому соединение с отрицательной обратной связью очень длинное, что увеличивает площадь контура, что становится важной проблемой для высокоскоростных схем. Однако сдвоенные операционные усилители и счетверенные операционные усилители не имеют таких проблем. Поэтому в высокоскоростных приложениях следует как можно чаще использовать сдвоенные операционные усилители и счетверенные операционные усилители. Кроме того, схемы операционных усилителей сдвоенных операционных усилителей и счетверенных операционных усилителей относительно близки. Если требования к изоляции цепи относительно высоки, все же необходим одиночный операционный усилитель.

2. Неправильное использование в качестве компаратора напряжения

Компараторы напряжения также широко используются в цепях измерения и управления, и их внешний вид похож на операционные усилители, и символы на принципиальной схеме аналогичны. Таким образом, некоторые дизайнеры могут ошибочно полагать, что их можно использовать взаимозаменяемо. Наиболее распространенная проблема возникает в сдвоенных операционных усилителях и счетверенных операционных усилителях. Некоторые разработчики используют резервные операционные усилители в качестве компараторов напряжения, чтобы сэкономить место на схеме и снизить производственные затраты. Тщательное сравнение обоих показывает, что входной каскад внешне одинаков, но 9Выходной каскад 0005 операционного усилителя несколько сложнее, чем у компаратора напряжения. Выходной каскад операционного усилителя в основном имеет дополнительный выход, а выходной каскад компаратора напряжения имеет выход с открытым стоком или коллектор. Если операционный усилитель используется в качестве компаратора напряжения, он может работать некорректно и даже сжечь схему. Поэтому, когда они оба необходимы одновременно, можно использовать микросхемы, объединяющие операционный усилитель и компаратор напряжения вместе, такие как TLV2302, TLV2702, TLV2704 и TLV2304.

3. Обращение с резервными операционными усилителями

Вообще говоря, при использовании сдвоенных операционных усилителей и счетверенных операционных усилителей весьма вероятно появление резервных операционных усилителей. Если эти операционные усилители не обработаны должным образом, могут возникнуть такие проблемы, как чрезмерный шум, чрезмерное энергопотребление и перегрев. Если операционный усилитель не терминирован, легко вызвать большое и быстрое изменение напряжения, тем самым сформировав сильные электромагнитные помехи . Если два конца операционного усилителя заземлены отдельно, выходной каскад легко насыщается, а на разность потенциалов земли легко влияет внешняя среда, что приводит к изменению выходного напряжения между положительным и отрицательным напряжениями питания. Рекомендуется подключать неинвертирующий вход операционного усилителя к середине положительного и отрицательного источников питания или к земле раздельной системы питания.

4. Ошибка, вызванная регулировкой нуля

Одиночный операционный усилитель обычно имеет клемму для регулировки нуля, и его напряжение, как правило, низкое, и эффект смещения операционного усилителя можно компенсировать, подав напряжение на это. Когда импеданс клеммы для регулировки нуля слишком низкий, он легко становится другими входными клеммами операционного усилителя, а операционный усилитель, как правило, очень чувствителен к изменениям сигнала на клемме для регулировки нуля, что делает коэффициент усиления по напряжению равным терминал регулировки нуля больше, чем другие входные терминалы. Кроме того, когда ток других цепей возвращается к источнику питания, падение напряжения, образующееся на проводе питания, становится шумом операционного усилителя, который может стать помехой.0005 основной источник шума всей системы. Чтобы решить эту проблему, вы можете подключить скользящий конец потенциометра для регулировки нуля к контакту V+ или V- операционного усилителя в зависимости от реальной ситуации.

5. Помехи связи по току утечки

Операционный усилитель с высоким входным импедансом является одним из наиболее часто используемых операционных усилителей в цепях измерения и управления. Для этого типа операционного усилителя, когда вокруг него относительно высокий потенциал, вероятно, будет ток утечки из-за плохой изоляции, что вызовет помехи. Напряжение помех обычно намного больше, чем напряжение смещения операционного усилителя, и даже намного выше, чем входной сигнал операционного усилителя, потому что операционные усилители с высоким импедансом обычно используются для усиления более слабых сигналов. Для операционных усилителей с высоким входным сопротивлением даже очень малые токи утечки могут вызвать серьезные неблагоприятные последствия. Для этой задачи 9Метод экранирования 0005 может быть использован для его подавления. В частности, входной конец операционного усилителя окружен проводящей стойкой для формирования экранирующего слоя, а затем экранирующий слой подключается к позиции с более низким импедансом.

6. Емкостная нагрузка привода

Вообще говоря, нагрузка цепи измерения и управления в основном емкостная. Это связано с тем, что цепь нагрузки и емкость нагрузки по своей природе являются емкостными. Если емкостная нагрузка слишком велика, очень вероятно, что операционный усилитель будет перегружен. В дополнение к мощным операционным усилителям обычные операционные усилители могут обеспечить только около 15 мА тока. Например, если ко входу операционного усилителя подключен RC-фильтр первого порядка, его угловая частота равна 1/2πRC. Из формулы видно, что правильная регулировка значений R и C позволяет получить требуемую угловую частоту. Однако в процессе проектирования с низким уровнем шума, поскольку среднеквадратичное значение напряжения теплового шума пропорционально квадратному корню из сопротивления, требуется сочетание малого R и большого C. Однако это может привести к перегрузке операционного усилителя и увеличению шума. Кроме того, емкостные нагрузки также могут вызывать колебания, что требует надлежащего фазовая компенсация .

Заключение

В этой статье проведен углубленный анализ и исследование нескольких распространенных случаев неправильного использования операционных усилителей при проектировании схем измерения и управления, а также предложены улучшения. Однако существует множество факторов, влияющих на применение операционных усилителей в схемах измерения и управления. В дополнение к пониманию базовых прикладных знаний об операционных усилителях также необходимо постоянно накапливать опыт, чтобы максимально избегать неправильного использования при проектировании, и стремиться постоянно улучшать уровень применения операционных усилителей в цепях измерения и управления.