Дифференциальный усилитель на ОУ с однополярным питанием – включение

Начнем с терминов, чтобы было понятнее, о чем ниже пойдет речь.

Усилитель – это некий узел или даже целый прибор, который может увеличивать мощность проходящего через него электрического сигнала. Здесь не зря употреблено слово "мощность", так как есть и другие приборы, увеличивающие отдельные показатели тока – его силу или напряжение (например, трансформаторы), такие элементы нельзя назвать усилителями.

Дифференциальные усилители – это такой вид усилителей, у которых сигнал на выходе соответствует разности потенциалов на входах (чаще всего входов два, но очень редко применяются диф. усилители с одним входом, например, повторители) увеличенной на определенный коэффициент.

ОУ (аббревиатура от слов "операционный усилитель", в английском звучит как operational amplifier или OpAmp) – это подвид дифференциальных усилителей постоянного тока, отличающихся очень высоким коэффициентом усиления.

Обозначаются они в схемах так.

ОУ с однополярным питанием

Питание ОУ может быть двуполярным (у источника питания есть выход отрицательного потенциала, положительного и ноль) или однополярным (подается только положительный потенциал и ноль).

Однополярное питание ОУ намного проще в реализации современных схем, работающих на аккумуляторах или батареях.

К преимуществам однополярного питания ОУ можно отнести следующие:

1.Мощность потребления снижена (в сравнении с двуполярными);

2.Требуется использование только одного источника тока;

3.Имеется возможность построения эффективных схем для переносных устройств, питающихся от аккумуляторных батарей.

Именно поэтому большинство современных операционных усилителей рассчитаны на однополярное питание и работают фактически наполовину (например, семейство Rail to Rail).

Но из-за низкой точности и уменьшенного коэффициента усиления необходимо особое внимание уделять правильному подбору ОУ.

Ввиду большого ассортимента ОУ и их функциональных возможностей, процедура выбора готового усилителя под собственные нужды становится достаточно сложной. Помочь в этом может следующая схема от ведущего производителя STMicroelectronics.

Здесь GBR – это граничная частота, а Icc – это ток потребления. Для подбора готовых элементов от других производителей можно воспользоваться поиском прямых аналогов.

Включение ОУ с однополярным питанием в схемы

Ниже рассмотрим наиболее популярные реализации типовых задач ОУ.

Самая простая – включение ОУ в схемы, где входящий сигнал подается относительно земли.

Инвертирующий усилитель будет выглядеть следующим образом.

Выходной сигнал будет вычисляться по формуле

Схема будет работать только при положительном Vin.

Ниже изображен ОУ со смещением, подаваемым на неинвертирующий вход.

Более мощный неинвертирующий ОУ будет включаться так.

Здесь коэф.усиления равен 10 (при условии, что R1 имеет номинал 910 кОм, R2 100 кОм, а R3 91 кОм, в качестве DA1 используется LM358). Расчет производится на основе формулы k=1+R1/R2.

Вариант дифференциального усилителя.

15.07.2019 - 08:24
Может

Основанная в 1959 году фирма National Semiconductor прошла огромный путь от производства первых дискретных транзисторов до сложнейших компонентов современных информационных устройств. Располагая возможностями создания приборов с уровнем интеграции от базовых стандартных блоков и однокристальных систем до высокопроизводительных многокристальных и многофункциональных комплектов и сочетая технологии аналоговой и цифровой техники, фирма реализует оптимальные решения для потребительского и коммуникационного рынков в широком диапазоне номенклатуры изделий. Заслуживают внимания, также, и базовые элементы аналоговой электроники, разработанные и выпускаемые National Semiconductor, в частности интегральные операционные усилители, которые значительно менее популярны в России, чем, например, изделия фирмы Analog Devices, хотя в большинстве случаев они ни в чем не уступают последним при существенно более низкой цене. Операционные усилители (ОУ) National Semiconductor по ряду параметров можно условно делятся на несколько семейств (групп), частично это разделение проявляется в системе маркировки микросхем, используемой фирмой. Это:

1. Усилители общего применения (General Purpose - LM).

2. Быстродействующие (High Speed - LMH) - частота единичного усиления более 50 МГц.

3. Маломощные (Low Power - LP, LPV) - ток потребления менее 1,5 мА.

4. Микромощные (Micro Power - LP, LPV) - ток потребления менее 25 мкА.

5. Низковольтные (Low Voltage - LMV) - напряжение питания менее 3 В.

6. Прецизионные (Precision) - коэффициент усиления более 100 дБ, напряжение смещения менее 1 мВ.

7. Малошумящие (Low Noise) - напряжение шумов менее 10 нВЦ Гц.

8. Мощные (High Output Power) - выходной ток более 100 мА.

9. С входным и выходным напряжением, близким к напряжению питания (IO Rail to Rail).

Данное разделение по понятным причинам не является строгим, буквенная классификация также не всегда соблюдается, ОУ может быть одновременно быстродействующим, малошумящим, с выходным напряжением, близким к напряжению питания и т.п. Кроме того, микросхемы одного типа выпускаются в различных корпусах и исполнениях - для общего применения (commercial), для промышленного применения (industrial) и для специального, читай - военного применения (military), отличающихся по ряду параметров, в частности, по диапазону рабочих температур. Следует также отметить, что наряду с освоением производства новых изделий, фирма непрерывно занимается усовершенствованием и развитием выпускаемых ранее, что хорошо видно, например, на широко известном недорогом и очень популярном семействе маломощных ОУ LM321/358/324 (одиночный/сдвоенный/счетверенный) с током потребления 0,2 - 0,4 мА на канал. Выпускается ряд их модификаций: LP324/LP2902 - счетверенные микромощные с током потребления 21 мкА, LMV321/358/324 - низковольтные, с напряжением питания от 2,7 В до 5,5 В, LPV321/358/324 , изготавливаемые по фирменной технологии BICMOS - микромощные низковольтные с током потребления 9 мкА и т.д.

Продолжая рассмотрение мало- и микромощных ОУ National Semiconductor, перейдем к описанию последних разработок фирмы.

Усилитель LM7301 , выпускаемый в миниатюрном корпусе SOT23-5, занимающем в 2 раза меньшую площадь, чем SOIC-8, рассчитанный на однополярное питание в диапазоне напряжений от 1,8 В до 32 В при потребляемом токе 0,6 мА. Он имеет "супер" Rail to Rail вход (от -0,25 В до +5,25 В при напряжении питания +5 В) и Rail to Rail выход и прекрасно подходит для использования во всевозможной портативной аппаратуре, модемах, PCMCIA картах портативных ПК и т.п.

Усилители LMV751 и семейство LMV821/2/4 (одиночный/сдвоенный/ счетверенный) предназначены для применения в портативной радиочастотной аппаратуре, переносных ПК и т.п. LMV751 - это прецизионный малошумящий ОУ (уровень шума 6,5 нВ/Ц Гц) с частотой единичного усиления 5 МГц и небольшим напряжением смещения 1 мВ. Работает при однополярном питании от 2,7 до 5,5 В и потребляет ток 0,6 мА. LMV821 при том же напряжении питания потребляет ток 0,3 мА на канал, частота единичного усиления равна 6,5 МГц, но у него больше шумы, напряжение и ток смещения. Одиночные усилители выпускаются в миниатюрных корпусах SOT23-5.

LMV771 - малошумящий недорогой прецизионный ОУ с расширенным от -40 до +125 °C диапазоном рабочих температур. Работает при однополярном питании напряжением от 2,7 до 5,5 В и потребляет ток 0,6 мА, обеспечивая коэффициент усиления 100 дБ при уровне шумов 9 нВнВ/Ц Гц. Усилитель имеет небольшое 0,85 мВ напряжение смещения, нормируется также его температурный дрейф во всем диапазоне температур 0,35 мкВ/°C. Допускает подачу на вход синфазного напряжения от 0 В. Частота единичного усиления составляет 3,5 МГц. Выпускается в миниатюрном корпусе SC70-5 размером 2x2x1 мм.

Серия усилителей LM6132-42 предназначены для использования в быстродействующих устройствах с батарейным питанием. LM6132/4 (сдвоенный/счетверенный) - ОУ с внутренней коррекцией с однополярным питанием, в котором достигнуто великолепное соотношение скорости нарастания выходного напряжения к потребляемой мощности. Достоинством микросхемы является также широкий диапазон напряжений питания от 2,7 В до 24 В, Rail to Rail вход и выход и высокий коэффициент подавления синфазных сигналов. При частоте единичного усиления 10 МГц, потребляемый ток составляет всего 360 мкА, что делает данный ОУ незаменимым в портативных устройствах, таких как инструментальные усилители, радиоприемники и передатчики, драйверы дисплеев и т.п. LM6142/4 - аналогичен LM6132/4 , но работает в более широком диапазоне питающих напряжений от 1,8 В до 24 В, обладает более высоким усилением 108 дБ и коэффициентом подавления синфазных сигналов 107 дБ, частота единичного усиления составляет 17 МГц при токе потребления 650 мкА. Выпускаются в корпусах SOIC и MDIP, а также в корпусе CDIP c диапазоном рабочих температур от -55 до 125 °C.

Представляют интерес супернизковольтные ОУ LMV931/2/4 (одиночный/сдвоенный/счетверенный), работающие при напряжениях питания от 1,5 до 5,5 В, ориентированные на применение в устройствах с питанием от одного Li-Ion элемента. Благодаря использованию миниатюрных корпусов, ОУ легко встраиваются в мобильные телефоны и компьютерные платы. Усилители имеют Rail to Rail вход и выход, небольшой потребляемый ток 100 мкА на канал и обеспечивают частоту единичного усиления 1,4 МГц. Коэффициент усиления на нулевой частоте без ОС 101 дБ. Скорректированы для устойчивой работы при любом коэффициенте усиления, а также при емкостной нагрузке до 1000 пФ. Работают в диапазоне температур от -40 до +125 °C. Одиночные ОУ выпускаются в миниатюрных корпусах SC70-5 и SOT23-5, сдвоенные - в корпусах MSOP-8 и SOIC-8, счетверенные - в корпусах TSSOP-14 и SOIC-14.

Усилители серии LMC , изготовленные по технологии КМОП, также относятся к категории мало- и микромощных. Их характерная особенность - ничтожно малые входные токи и, соответственно - работа в электрометрических устройствах, приборах для измерения токов утечки, различной научной аппаратуре и т.п. Например, для прецизионного усилителя LMC6001 типовое значение входного тока 25 фА (ф - фемто 10 -15). Примечательна методика, используемая фирмой для тестирования только что изготовленных усилителей - 3 раза подряд в первую минуту; приборы, показывающие входной ток более 25 фА, отбраковываются. Данный усилитель обладает очень низким уровнем шумов 25 нВ/Ц Гц. Имеется защита от электростатического потенциала до 2000 В. Выпускается в корпусе MDIP.

Номенклатура усилителей серии LMC достаточно широка. Маломощные усилители LMC6022/4 (сдвоенный/счетверенный) выполнены по фирменному технологическому процессу Double-Poly Silicon-Gate и могут работать при одно- и двухполярном питании размахом до 15 В. Они имеют Rail to Rail выход и низкое энергопотребление 40 мкА на канал. Более быстродействующие усилители с Rail to Rail выходом LMC6032/4 при весьма низкой цене имеют очень высокий коэффициент усиления 126 дБ. При потребляемом токе 0,4 мА частота единичного усиления составляет 1,4 МГц, а скорость нарастания выходного напряжения 1,1 В/мкс. Низковольтные ОУ LMC6035/6 с Rail to Rail выходом могут работать при однополярном питании от 2,7 В (например от 3-х NiCd аккумуляторов), что делает их весьма подходящими для портативных систем с автономным питанием. В остальном их параметры аналогичны LMC6022/4. Усилители выпускаются в различных корпусах.

Микромощные усилители LMC6041/2/4 с током потребления 14 мкА на канал имеют рекордно малый входной ток 2 фА, Rail to Rail выход и могут работать при однополярном питании от 4,5 до 15,5 В, обеспечивая при этом выходной ток до 21 мА. Эти усилители прекрасно работают в системах контроля питания, детекторах излучений, различном научном оборудовании.

Схожие энергетические параметры имеют прецизионные усилители LMC6061/2/4 , которые благодаря низкому значению напряжения смещения 100 мкВ и высокому коэффициенту усиления 140 дБ прекрасно подходят для использования в инструментальных усилителях с автономным питанием, медицинской и научной аппаратуре. Отметим, что одиночный (LMC6061) и сдвоенный (LMC6062) усилители этой серии выпускаются и в корпусах CDIP, при этом диапазон рабочих температур составляет -55 - +125 °C.

Более скоростные прецизионные ОУ LMC6081/2/4 при частоте единичного усиления 1,3 МГц и скорости нарастания выходного напряжения 1,5 В/мкс потребляют от однополярного источника питания напряжением от 4,5 до 16 B ток 0,45 мА. Они также имеют большой коэффициент усиления 130 дБ и низкое напряжение смещения 150 мкВ. Усилители выпускаются в корпусах SOIC и MDIP.

Маломощные ОУ LMC6482/4 (сдвоенный/счетверенный) - типичные в своем классе усилители с Rail to Rail входом и выходом. Работают в диапазоне напряжений питания от 3 до 15 В, потребляя ток 0,5 мА на канал и обеспечивают выходной ток до 30 мА. Предназначены для использования в различной аппаратуре с низким энергопотреблением. В настоящее время выпускаются одиночный ОУ LMC7101 в корпусе SOT-23 с параметрами, аналогичными LMC6482 , и его усовершенствованный вариант LMC8101 в корпусах microSMD и miniSOIC. Последний имеет режим блокировки (Shutdown) со временем включения 10 мкс, ток потребления в котором не превышает 1 мкА.

LMC6462/4 - микромощная версия LMC6482/4 с током потребления 0,02 мА. В настоящее время выпускается одиночный ОУ LMC7111 в корпусе SOT-23-5 с параметрами, аналогичными LMC6462.

Усилители LMC6492/4 (сдвоенный/счетверенный) с расширенным температурным диапазоном -55 до +125 °C применяются в автомобильной электронике. Их параметры в основном такие же как и у LMC6482/4 . Выпускаются в корпусе SOIC.

Усилители LMC6572/4 (сдвоенный/счетверенный), предназначены для работы в цифровых устройствах с низким напряжением питания и обеспечивают сочетание весьма высоких параметров - входной ток 20 фА и коэффициент усиления 120 дБ при энергопотреблении 40 мкА на канал и питании от источника 2,7 В. Имеют Rail to Rail выход и выпускаются в корпусах MSOP.

Завершая раздел мало- и микромощных усилителей рассмотрим cверхэкономичный с током потребления менее 1 мкА на канал сдвоенный ОУ LMC6442 . Он скорректирован для устройств с коэффициентом усиления более 2 (менее -1) и предназначен для использования в широком классе аппаратуры со сверхмалым энергопотреблением - мобильных телефонах и пейджерах, датчиках контроля, научных приборах и т.п. Работает при однополярном питании от 1,8 до 11 В. Выпускается в корпусах MSOP-8 и других.

Отдельного рассмотрения заслуживает сдвоенный операционный усилитель LM833 , специально предназначенный для использования в высококачественной аудиоаппаратуре. Он имеет чрезвычайно широкий динамический диапазон - более 140 дБ при уровне шумов 4,5 нВ/Ц Гц и крайне малые нелинейные искажения 0,002%. Усилитель скорректирован для любого коэффициента усиления и идеально подходит для всевозможной Hi-Fi - Hi-End техники. Выпускается в 8-и выводных корпусах SOIC и MDIP.

Перейдем далее к обзору быстродействующих ОУ National Semiconductor. Надо сказать, что в их разработке и производстве фирма достигла очень высоких результатов, и по многим параметрам они превосходят аналогичные изделия других производителей. Отметим, что в настоящее время существует две разновидности быстродействующих операционных усилителей - наряду с ОУ, построенными по традиционной схемотехнике с использованием обратных связей по напряжению Voltage Feedback Amplifiers (VFA), широко применяются усилители c входными каскадами - усилителями тока со взаимными связями. Данные усилители получили название "усилители с токовой обратной связью - Current Feedback Amplifiers (CFA)". Основной передаточный параметр таких усилителей - коэффициент, имеющий размерность сопротивления Transimpedance, а область применения - всевозможные импульсные усилители и видеоусилители, для которых гигантское входное сопротивление традиционных ОУ не востребовано, а на первый план выступает максимальная скорость нарастания выходного напряжения и частота единичного усиления, значения которых у CFA значительно превосходят соответствующие параметры у VFA.

Мы начнем с ОУ, использующих обычную схемотехнику VFA. Семейство LMH6645/6/7 (одиночный/сдвоенный/одиночный с блокировкой) - низковольтные маломощные быстродействующие Rail to Rail усилители с током потребления 650 мкА на канал. В режиме блокировки (LMH6647) токопотребление снижается до 50 мкА. Частота единичного усиления 55 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 22 В/мкс, типовое значение выходного тока 20 мА. Это типичные в своем классе современные усилители, пригодные для применения во многих электронных устройствах.

Усилители LM6152/4 , продолжающие серию LM6132-42 , предназначены для использования в быстродействующих устройствах с батарейным питанием. При потребляемо м токе 1,4 мА частота единичного усиления составляет 75 МГц, а скорость нарастания выходного напряжения 30 В/мкс

Более высокие параметры имеют ОУ LMH6642-55 - относительно недорогие высокоскоростные современные Rail to Rail операционные усилители с хорошим соотношением быстродействие/потребляемая мощность. Работают при одно- и двухполярном питании размахом до 12 В.

Усилители LMH6642/3/4 (одиночный/сдвоенный/счетверенный) - это современные быстродействующие ОУ с типичными для своего класса параметрами. Потребляемый ток 2,7 мА на канал, частота единичного усиления 130 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 130 В/мкс, типовое значение выходного тока 115 мА. Малое время установки выходного напряжения и низкие искажения, эффективная защита от короткого замыкания, Rail to Rail вход и выход и выводы для балансировки делают эти микросхемы оптимальными для использования во многих современных электронных устройствах. Выпускаются в корпусах SOIC, miniSOIC и SOT-23. Можно использовать в качестве замены LM6152/4 .

Широкополосный (190 МГц, 170 В/мкс) Rail to Rail усилитель с однополярным питанием LMH6639 способен обеспечить выходной ток 190 мА. Имеется режим блокировки (Shutdown) с временем включения 85 нс, в котором ток потребления снижается до 400 мкА. Вкупе с малым временем установки выходного напряжения 33 нс, данный усилитель прекрасно подходит для работы в устройствах с мультиплексированием, в качестве буферного усилителя, устройствах привода CD ROM и т.п.

Заслуживает внимания быстродействующий сдвоенный усилитель LMH6672 с максимальным выходным током 600 мА. Усилитель скорректирован для коэффициента усиления 2 и более, обеспечивая полосу пропускания 130 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 160 В/мкс. Диапазон напряжений питания от 5 до 12 В, потребляемый ток 6,2 мА на канал. ОУ имеет малый уровень шумов, предусмотрена балансировка. Выпускается в корпусах SOIC, PSOP и LLP. Предназначен для использования в качестве магистрального усилителя, а также в модемах и аналогичных устройствах. Можно использовать для замены LM6181/2, LM7171 и LM7372.

Усилители LMH6654/5 (одиночный/сдвоенный) более широкополосные. Ток потребления 4,5 мА на канал, частота единичного усиления 250 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 200 В/мкс, типовое значение выходного тока 180 мА. Они имеют низкий уровень входных шумов 4,5 нВ и 1,7 пА, малое время установки выходного напряжения 25 нс и могут быть использованы в различных устройствах. Выпускаются в корпусах SOIC-8, а также SOT23-5 (LMH6654) и MSOP-8 (LMH6655).

Усилители LMH6657/8 и LMH6682/3 - сравнительно недорогие сверхскоростные ОУ с однополярным питанием от 3 до 12 В. Выпускаются с использованием фирменной технологии VIPTM10. Удобны для применения в устройствах обработки видеосигналов и в сервоприводах CD/DVD так как имеют малое время установки и не допускают инверсии фазы выходного напряжения при превышении допустимых значений входного напряжения (LMH6682/3), что позволяет существенно упростить схемотехнику подобных устройств.

Усилители LMH6657/8 (одиночный/сдвоенный) скорректированы для работы с единичным коэффициентом усиления, обеспечивая при этом олосу пропускания 270 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 700 В/мкс. Потребляемый ток 6,2 мА на канал, выходной ток +80/-90 мА.

Усилители LMH6682/3 (сдвоенный/строенный), обеспечивают скорость нарастания выходного напряжения 940 В/мкс при полосе пропускания 190 МГц. Следует отметить, что данные усилители обладают очень малыми коэффициентами искажений типа "дифференциальная фаза" - 0,08% и "дифференциальное усиление" - 0,01 дБ, что является весьма важным для высококлассной видеотехники. Выпускаются в различных корпусах.

Для работы в различных видеоустройствах предназначены сверхбыстродействующие усилители со скоростью нарастания выходного напряжения более 1000 В/мкс. В серии LM это LM6171/2 и LM6181/2 (единичный/сдвоенный), изготовленные с использованием фирменной технологии VIPTM11. Первый из них выполнен по схемотехнике VFA и обеспечивает при потребляемом токе всего 2,5 мА скорость нарастания выходного напряжения 3600 В/мкс при частоте единичного усиления 100 МГц. LM6181/2 выполнен по схемотехнике с токовой обратной связью CFA и обеспечивает выходное напряжение +10 В при сопротивлении нагрузки 100 Ом. Скорость нарастания выходного напряжения составляет 2000 В/мкс при частоте единичного усиления 100 МГц. Описанные усилители при том, что относятся к категории "с мощным выходом" - High Output - максимальное значение выходного тока достигает 130 мА, имеют очень малые искажения типа "дифференциальное усиление" и "дифференциальная фаза" и могут найти применение в видеоаппаратуре стандартов NTSC и PAL, высокочастотных фильтрах и т.п. Они также выпускаются в корпусах SOIC и MDIP.

Усилитель LMH6609 предназначен для использования в аналоговых преобразователях и фильтрах. При частоте единичного усиления 900 МГц и скорости нарастания выходного напряжения 1400 В/мкс, он потребляет от однополярного источника питания напряжением 10 В ток 7 мА. Усилитель полностью скорректирован, имеет очень низкий уровень шумов 3,1 нВ/Ц Гц и большой выходной ток 90 мА. Выпускается в 8-выводном корпусе SOIC и 5-и выводном SOT.

Очень низкий уровень шумов и высокие рабочие частоты имеют усилители LMH6622-28 . У LMH6624 этот параметр составляет 0,92 нВ/Ц Гц и 2,3 пА/Ц Гц, а частота единичного усиления 1500 МГц. Усилитель скорректирован для использования в устройствах с коэффициентом передачи 10 и более и предназначен для применения в технике связи и медицинской аппаратуре. Малые шумы и погрешности характерны для сдвоенного широкополосного усилителя LMH6628 , у которого относительный уровень 2-й/3-й гармоники на частоте 10 МГц составляет -65/-74 дБ соответственно, а время установки выходного напряжения с точностью 0,1% - 12 нс. Это делает данный усилитель незаменимым при разработке быстродействующих аналоговых преобразователей и устройств ввода-вывода.

Для использования в портативной видеоаппаратуре и видеокартах ПК предназначен усилитель LM7121 , выпускаемый в корпусе SOT23-5. Параметры усилителя весьма высоки: частота единичного усиления 175 МГц, скорость нарастания выходного напряжения - 1300 В/мкс. Он может работать как при однополярном +5В питании, так и двухполярном в диапазоне от +5 В до +15 В.

Рекордными параметрами обладают сверхскоростные операционные усилители LM7171 (одиночный) и LM7372 (сдвоенный). Выполненные по схемотехнике с обратной связью по напряжению, они имеют параметры, свойственные усилителям с токовой обратной связью - скорость нарастания выходного напряжения 4100 В/мкс, частота единичного усиления 200 МГц, выходной ток 100 мА (LM7171) и 3000 В/мкс, 120 МГц, 150 мА соответственно для LM7372 при потребляемом токе 6,5 мА на канал. Усилители скорректированы для коэффициента усиления по напряжению более 2. Обладая минимальными искажениями "дифференциальное усиление и фаза" 0,01% и 0,02o, эти усилители прекрасно подходят для применения в видеотехнике, аппаратуре кабельных и оптических линий связи, системах радио и телевизионного вещания. Выпускаются в различных типах корпусов.

Серия сверхскоростных ОУ LMH67xx выполнена по фирменному технологическому процессу VIPTM10 по схемотехнике с токовой обратной связью CFA и предназначена для использования в широкополосных радио и телесистемах. Обзор этих микросхем мы начнем с LMH6702 - малошумящего (напряжение шумов, приведенное ко входу 1,83 нВ) ОУ с рекордно низким уровнем гармонических (-100 дБ на частоте 5 МГц) и интермодуляционных искажений, полосой пропускания 720 МГц и скоростью нарастания выходного напряжения 3100 В/мкс. Столь высокие параметры ориентируют применение LMH6702 в системах с высоким разрешением и контрольно-измерительной аппаратуре. Выпускается в корпусах SOIC и SOT-23.

Семейство усилителей LMH6714/15/20/22 (одиночный/сдвоенный/с блокировкой/счетверенный) с полосой пропускания 400 МГц при коэффициенте усиления 2 и скорости нарастания выходного напряжения 1800 В/мкс при потребляемом токе 5,6 мА предназначены, в основном, для использования в видеосистемах. Высокоимпедансное выходное состояние усилителя LMH6720, переключаемое за 7 нс TTL уровнем, очень удобно для мультиплексирования нескольких высокоскоростных сигналов на общую линию передачи. Счетверенный усилитель LMH6722 может быть эффективно использован в многоканальных УПЧ и активных фильтрах высоких порядков. Выпускаются в различных корпусах.

Усилитель с однополярным питанием от 4,5 до 12 В LMH6723 сочетает высокую экономичность (потребляемый ток 1 мА) с широкой полосой пропускания 370 МГц, высокой скоростью нарастания выходного напряжения 600 В/мкс и большим выходным током 110 мА, что делает его незаменимым для портативных видеоустройств и всевозможных преобразователей с автономным питанием, магистральных усилителей, портативных CD-DVD плейеров и т.п. Выпускается в корпусах SOIC и SOT23.

Завершая раздел, мы рассмотрим широкополосный ОУ LMH6732 с регулируемой от 0 до 1,5 ГГц полосой пропускания. Изменяя сопротивление одного внешнего резистора, можно варьировать потребляемый ток более чем в 10 раз, а также переводить микросхему в дежурный режим с током потребления 1 мкА. Параметры микросхемы уникальны при всех значениях потребляемого тока: полоса частот 55 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 400 В/мкс, выходной ток 9 мА при потребляемом токе 1 мА и 540 МГц, 2700 В/мкс и 115 мА соответственно при потребляемом токе 9 мА. Усилитель способен работать при одно- и двухполярном питании размахом от 9 до 12 В. Область предполагаемых применений крайне широка - видеотехника, системы с батарейным питанием, коммутационные устройства и т.п. Отметим, что для сокращения времени проектирования устройств с LMH6732 фирма National Semiconductor предлагает к нему демонстрационную плату.

Таким образом, широкая номенклатура интегральных операционных усилителей National Semiconductor и их невысокая стоимость делает их весьма привлекательными для широкого круга разработчиков РЭА России. Более подробную техническую информацию можно найти на сайте фирмы http://www.national.com .

65 нанометров - следующая цель зеленоградского завода «Ангстрем-Т», которая будет стоить 300-350 миллионов евро. Заявку на получение льготного кредита под модернизацию технологий производства предприятие уже подало во Внешэкономбанк (ВЭБ), сообщили на этой неделе «Ведомости» со ссылкой на председателя совета директоров завода Леонида Реймана. Сейчас «Ангстрем-Т» готовится запустить линию производства микросхем с топологией 90нм. Выплаты по прошлому кредиту ВЭБа, на который она приобреталась, начнутся в середине 2017 года.

Пекин обвалил Уолл-стрит

Ключевые американские индексы отметили первые дни Нового года рекордным падением, миллиардер Джордж Сорос уже предупредил о том, что мир ждет повторение кризиса 2008 года.

Первый российский потребительский процесор Baikal-T1 ценой $60 запускают в массовое производство

Компания «Байкал Электроникс» в начале 2016 года обещает запустить в промышленное производство российский процессор Baikal-T1 стоимостью около $60. Устройства будут пользоваться спросом, если этот спрос создаст государство, говорят участники рынка.

МТС и Ericsson будут вместе разрабатывать и внедрять 5G в России

ПАО "Мобильные ТелеСистемы" и компания Ericsson заключили соглашения о сотрудничестве в области разработки и внедрения технологии 5G в России. В пилотных проектах, в том числе во время ЧМ-2018, МТС намерен протестировать разработки шведского вендора. В начале следующего года оператор начнет диалог с Минкомсвязи по вопросам сформирования технических требований к пятому поколению мобильной связи.

Сергей Чемезов: Ростех уже входит в десятку крупнейших машиностроительных корпораций мира

Глава Ростеха Сергей Чемезов в интервью РБК ответил на острые вопросы: о системе «Платон», проблемах и перспективах АВТОВАЗа, интересах Госкорпорации в фармбизнесе, рассказал о международном сотрудничестве в условиях санкционного давления, импортозамещении, реорганизации, стратегии развития и новых возможностях в сложное время.

Ростех "огражданивается" и покушается на лавры Samsung и General Electric

Набсовет Ростеха утвердил "Стратегию развития до 2025 года". Основные задачи – увеличить долю высокотехнологичной гражданской продукции и догнать General Electric и Samsung по ключевым финансовым показателям.

В настоящее время в мире изготавливаются сотни наименований интегральных ОУ. Все это многообразие можно разделить на группы, объединенные общей технологией и схемотехникой, точностными, динамическими или эксплуатационными характеристиками, причем эти группы могут пересекаться, т.е. включать общие элементы.

С точки зрения внутренней схемотехники операционные усилители можно разделить на биполярные, биполярно-полевые и КМОП (на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором). В биполярно-полевых ОУ полевые транзисторы с управляющим p-n переходом или МОП-транзисторы обычно используются в качестве входных в дифференциальном входном каскаде. За счет этого достигается высокое входное сопротивление и малые входные токи.

Большая часть номенклатуры ОУ относится к усилителям общего назначения . Это дешевые усилители среднего быстродействия, невысокой точности и малой выходной мощности. Обычные параметры: K U = 20 000 ё 200 000; U см = 0,1 ё 20 мВ; f т = 0,1 ё 10 МГц. Типичные примеры: 140УД6, 140УД8, 153УД6, LF411.

Быстродействующие усилители при средних точностных параметрах имеют высокие динамические характеристики (f т = 20 ё 1000 МГц, r = 10 ё 1000 В/мкс). Быстродействие ОУ ограничивает два обстоятельства. Во-первых, в состав входного дифференциального усилителя входят p-n-p-транзисторы, относительно низкочастотные из-за меньшей подвижности дырок по сравнению со свободными электронами. Во-вторых, скорость нарастания ограничена скоростью заряда корректирующего конденсатора С к. Влияние первого фактора устраняют, используя во входном каскаде более быстродействующие р-канальные полевые транзисторы. Увеличить скорость заряда С к можно либо увеличив ток дифференциального каскада, либо уменьшив емкость С к. В первом случае увеличивается ток потребления ОУ, а во втором ухудшается устойчивость. Повысить устойчивость можно, вводя дополнительные фазоопережающие звенья в схему усилителя или вне его. Как следствие, быстродействующие ОУ склонны к неустойчивости. Типичные примеры: 140УД10, 574УД3, 154УД4, ОРА634.

Прецизионные усилители имеют высокий дифференциальный коэффициент усиления по напряжению, малое напряжение смещения нуля и малый входной ток обычно при низком или среднем быстродействии. Увеличение K U возможно путем усовершенствования каскадов усиления по напряжению или применением трехкаскадной схемы (например, 551УД1), что усложняет частотную коррекцию. Радикально уменьшить смещение нуля позволяет применение модуляции-демодуляции (МДМ), либо периодическая компенсация дрейфа (прерывание). Типичные примеры: 140УД26, МАХ400М, ОРА227 (без прерывания), ICL7652, 140УД24, МАХ430 (с прерыванием).

Микромощные усилители используются в приборах, получающих питание от гальванических или аккумуляторных батарей. Эти усилители потребляют очень малый ток от источников питания (например, ОУ МАХ406 потребляет ток не более 1,2 мкА). Все другие параметры (особенно быстродействие) у них обычно невысокие. Для того, чтобы дать возможность проектировщику найти компромисс между малым потреблением и низким быстродействием некоторые модели микромощных ОУ выполняют программируемыми. Программируемый ОУ имеет специальный вывод, который через внешний резистор соединяется с общей точкой или источником питания определенной полярности. Сопротивление резистора задает ток системы токовых зеркал усилителя, которые выполняют функции генераторов стабильного тока и динамической нагрузки каскадов усилителя. Уменьшение этого резистора приводит к увеличению быстродействия ОУ и увеличению потребляемого тока. Увеличение - к обратному результату. Типичные примеры: 140УД12, 1407УД2, ОР22. Обычная величина тока потребления для микромощных и программируемых ОУ - десятки микроампер. Микромощные ОУ, как правило, допускают питание от весьма низких напряжений. Например, ОУ типа МАХ480 допускает работу от источников с напряжением от +/-0,8 до +/-18 В при токе потребления 15 мкА.

Если источник сигнала - однополярный (например, фотодиод), целесообразно использовать операционный усилитель с однополярным питанием . Это позволит питать усилитель от одной батареи или даже элемента, например, от литиевого элемента напряжением 3 вольта. Основное требование, предъявляемое к ОУ с однополярным питанием, - диапазон входного синфазного сигнала должен простираться ниже отрицательного напряжения питания (обычно привязанного к потенциалу земли), а размах выходного напряжения должен быть ограничен снизу практически напряжением питания (потенциалом земли). Существуют усилители, диапазоны входных и выходных напряжений которых почти достигают и верхней и нижней границы питания (так называемые, rail-to-rail вход и выход), причем входные напряжения могут даже заходить за эти границы. Типичные примеры: МАХ495, потребляющий от однополярного источника ток 150 мкА, LMV321, потребляющий ток 145 мкА, от источника 1,8 В.

Многие фирмы выпускают многоканальные усилители . Это микросхемы, имеющие на одном кристалле два, три или четыре однотипных ОУ. Например, ИМС типа 140УД20 имеет в своем составе два ОУ 140УД7. Микросхемы МАХ406/407/409 и ОРА227/2227/4227 включают, соответственно, один, два и четыре однотипных усилителя.

Мощные и высоковольтные операционные усилители. Большинство типов ОУ рассчитаны на напряжение питания +/-15 В. Некоторые допускают питание от источников вплоть до +/-22 В. Этого недостаточно для управления, например, пьезоэлектрическими преобразователями, для некоторых физических и биологических исследований. Поэтому промышленность производит высоковольтные ОУ , допускающие более высокие питающее и выходное напряжения. К высоковольтным относят операционные усилители, имеющие разность положительного и отрицательного питающих напряжений свыше 50 вольт. Проблема повышения напряжений в интегральных полупроводниковых (монолитных) ОУ связана с трудностью создания интегральных высоковольтных транзисторов и прочной изоляции между элементами в кристалле. Поэтому большинство ОУ с напряжением питания свыше 100 В изготавливаются в виде гибридных ИМС. В то же время, фирма Apex Microtechnology (США) производит полупроводниковые интегральные ОУ РА90, PA92 и РА94, с номинальным напряжением питания +/-200 В, выходным напряжением +/-170 В и выходным током до 14 А.

Операционные усилители общего применения обычно допускают выходной ток до 5 мА. Для управления мощной нагрузкой применяются мощные ОУ . К мощным обычно относят усилители, допускающие выходной ток свыше 500 мА. Примером полупроводникового интегрального мощного ОУ может служить LM12 с выходным током до 10 А и рассеиваемой мощностью до 90 Вт. Фирма Apex Microtechnology выпускает сверхмощный гибридный ОУ РА30, допускающий выходной ток до 100 А и способный отдать в нагрузку мощность до 2000 Вт при жидкостном охлаждении. Дальнейшее увеличение выходной мощности усилителей возможно путем использования режима класса D (ключевой режим). Рекордными являются характеристики гибридного усилителя фирмы Apex SA08 с широтно-импульсной модуляцией на частоте 22 кГц: 10 кВт при напряжении до 500 В и токе до 20 А. При этом КПД усилителя достигает 98%.

В табл. 1 приведены основные параметры некоторых моделей ОУ различных типов.

Таблица 1