SPICE-моделирование напряжения смещения и некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения

Продолжаем публикацию глав руководства Брюса Трампа, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ). В них пойдет речь о том, как определить чувствительность схемы к напряжению см
1661
В избранное

На сайте нашего партнера компании Компэл опубликованы главы руководства Брюса Трампа, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ). Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях. Представляем вашему вниманию очередные главы из него.

SPICE-моделирование напряжения смещения: как определить чувствительность схемы к напряжению смещения

Не всегда очевидно, как напряжение смещения будет влиять на поведение схемы. Смещение по постоянному току легко симулировать с помощью специальных программ SPICE-моделирования, но макромодели операционных усилителей используют одно конкретное значение напряжения смещения. Чего же следует ждать при изменении этого параметра от устройства к устройству? В данном случае хорошим примером служит улучшенная схема источника тока (рисунок 11). В ней цепи обратной связи подключены одновременно к обоим входам, поэтому не сразу можно понять, как входное напряжение смещения (VOS) операционного усилителя будет влиять на величину выходной ошибки. OPA548 – мощный операционный усилитель с максимальным выходным током 5 А и напряжением питания до 60 В. Он часто используется в схемах источников тока. Рассмотрим, как максимальное напряжение смещения 10 мВ влияет на выходной ток схемы.

Схема источника тока

Рис. 11. Схема источника тока

Перед тем как начать моделирование, есть возможность изучить примеры. Как вы думаете, какой выходной ток будет при входном напряжении смещения 10 мВ?

Смещение моделируется в виде источника напряжения, подключенного к одному из входов усилителя. Поэтому при создании схемы в программе вы можете просто включить источник постоянного напряжения последовательно с одним из входов, чтобы учесть эффект изменения напряжения смещения. При подключении узлов V1 и V2 к земле в идеале стоило ожидать нулевого выходного тока, но приложенное напряжение смещения будет обеспечивать небольшую разницу на входе: VX = 0 и VX = 10 мВ. Можно определить изменение выходного тока при изменении напряжения VX (рисунок 12), хотя возможны и другие источники смещения. В данном случае разница в значениях выходного тока для двух значений VXпоказывает влияние напряжения смещения. Конечно, смещение может иметь и противоположную полярность.Смещение выходного тока, вызванное входным напряжением смещения

Рис. 12. Смещение выходного тока, вызванное входным напряжением смещения

Напряжение на выходе присутствует даже когда VX = 0, это происходит из-за наличия встроенного в макромодель OPA548 источника напряжения смещения 2,56 мВ. Большинство макромоделей TI имеет такой встроенный источник, напряжение которого выбирается равным типовому значению смещения в реальных ОУ. В некоторых схемах дополнительным источником выходных смещений могут становиться входные токи смещения и/или входные токи сдвига.

Правильно ли Вы ответили на поставленный вопрос? Какой выходной ток смещения Вы ожидали получить? Предложенная схема источника тока, по сути, является разностным усилителем (четыре резистора вокруг ОУ) с дополнительным резистором R5. Этот усилитель с единичным коэффициентом усиления (номиналы резисторов обратной связи равны) обеспечивает передачу входного напряжения (V2–V1) на R5, а  результирующий ток течет в нагрузку. Однако напряжение смещения приложено непосредственно к неинвертирующему входу и усиливается с коэффициентом +2, так как для неинвертирующего усилителя G = 1 + R2/R1. Таким образом, напряжение смещения 10 мВ создает выходное напряжение 20 мВ на R5, а значит, выходной ток смещения равен 20 мА. Отрицательное смещение -10 мВ приведет к созданию выходного тока -20 мА (ток течет от нагрузки в ОУ).

Возможно, этот результат был для Вас очевиден, а может – и нет. В любом случае, SPICE-моделирование может его подтвердить.

Где выводы подстройки? Некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения

В 2012 году мой коллега Софьян Бендауд опубликовал статью «Pushing the Precision Envelope». В ней он рассматривал различные технологии, которые используются компанией TI для подстройки и подгонки напряжения смещения до очень малых значений. Это заставило меня задуматься о выводах регулировки напряжения смещения. Куда они пропали?

У новейших операционных усилителей выводы регулировки смещения отсутствуют, хотят раньше они были практически у всех ОУ. Это произошло по целому ряду причин, таких как появление более совершенных усилителей с меньшим смещением, разработка систем автокалибровки, стремление снизить затраты на сбоку и подстройку ОУ, миниатюризация корпусов для поверхностного монтажа. Все это привело к исчезновению выводов подстройки. Стоит отметить, что многие популярные ОУ до сих пор снабжены выводами коррекции напряжения смещения, однако разработчики начали забывать об особенностях их использования.

Самое простое правило: если вы не используете выводы коррекции напряжения смещения, то оставьте их неподключенными. Не подключайте их к земле.

На рисунке 13 показана типовая схема внутренней подстройки. Выводы коррекции подключены ко входному каскаду. Регулировка потенциометра изменяет баланс нагрузки на несколько милливольт (+ или –), компенсируя входное напряжение смещения. В документации обычно указывают рекомендуемое сопротивление потенциометра, однако это не так важно. Использование потенциометра с гораздо более высоким сопротивлением приведет к тому, что изменение напряжения смещения при регулировке потенциометра произойдет в крайних положениях. Слишком малое значение сопротивления сузит диапазон регулирования. Значения сопротивления в диапазоне больше 50…100% от рекомендуемого значения, скорее всего, позволят потенциометру вполне удовлетворительно работать.

Типовая схема внутренней подстройки и подключение выводов регулировки ко входному каскаду

Рис. 13. Типовая схема внутренней подстройки и подключение выводов регулировки ко входному каскаду

Обратите внимание, что схема подстройки в приведенном примере в качестве опорной точки использует источник питания V+. Некоторые операционные усилители в качестве опорной точки используют источник питания V-. Подключение потенциометра к неправильному потенциалу или к земле при использовании биполярного питания обязательно вызовет проблемы. Некоторые разработчики пытаются использовать сложные активные схемы для управления выводами подстройки. Потенциально это возможно, однако использование в цепи земли в качестве опорной точки может привести к ухудшению коэффициента ослабления помех по цепям питания.

Наиболее эффективной является компенсация напряжения смещения самого первого усилительного каскада в многокаскадной схеме. Как правило, этот усилитель имеет небольшой коэффициент усиления, и влияние его напряжения смещения превышает вклад напряжений смещения последующих усилителей. Кроме того, если использовать цепи калибровки для коррекции последующих каскадов, то этим можно внести нежелательный температурный дрейф.

Если выводы коррекции напряжения смещения отсутствуют, то следует использовать другие способы компенсации. Например, можно подключать потенциометр или другие корректирующие цепочки в разные точки схемы. Конкретные примеры показаны на рисунке 14. Используемые корректирующие напряжения должны быть получены от источников питания. Также можно использовать регулируемые источники напряжения. Нерегулируемые источники питания, например, аккумуляторы, могут работать не постоянно и недостаточно стабильно.

Примеры приложения корректирующих напряжений к различным узлам схемы

Рис. 14. Примеры приложения корректирующих напряжений к различным узлам схемы

Современные усилители имеют столь малые значения напряжения смещения, что часто устраняют необходимость во внешней подстройке. Тем не менее, бывают случаи, когда требуется некоторая регулировка смещения. Теперь вы знаете, как выполнять компенсацию напряжения смещения с помощью выводов регулировки или дополнительных схем.

Предыдущие главы:

Источник: www.compel.ru

Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
OPA548F/500
OPA548F/500
Texas Instruments
Арт.: 128783 ИНФО PDF AN
Доступно: 321 шт. от 1 шт. от 1168,12
Выбрать
условия
поставки
High-Voltage, High-Current, Wide-Output-Voltage-Swing Power Operational Amplfier 7-DDPAK/TO-263
OPA548F/500 от 1 шт. от 1168,12
321 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA548FKTWT
OPA548FKTWT
Texas Instruments
Арт.: 179419 ИНФО PDF AN
Доступно: 351 шт. 680,00
OP AMP, SINGLE, SMD; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:High Voltage; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:86V/чs; Voltage, Supply Min:8V; Voltage, Supply Max:60V; Termination Type:SMD; Case Style:PFM; Pins, No.…
OPA548FKTWT 680,00
138 шт.
(на складе)
213 шт.
(под заказ)
OPA548T
OPA548T
Texas Instruments
Арт.: 195077 ИНФО PDF AN
Доступно: 422 шт. 599,00
OP AMP, HIGH VOLTAGE & CURRENT; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:High Voltage; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:10V/чs; Voltage, Supply Min:8V; Voltage, Supply Max:60V; Termination Type:Solder; Case Style:TO-220; Pins, No.…
OPA548T 599,00
206 шт.
(на складе)
216 шт.
(под заказ)
OPA548T-1
OPA548T-1
Texas Instruments
Арт.: 216743 ИНФО PDF AN
Доступно: 321 шт. от 1 шт. от 1168,12
Выбрать
условия
поставки
High-Voltage, High-Current Op Amp, Excellent Output Swing 7-TO-220 -40 to 85
OPA548T-1 от 1 шт. от 1168,12
321 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA548TG3
OPA548TG3
Texas Instruments
Арт.: 258185 ИНФО PDF AN
Доступно: 250 шт. от 1 шт. от 1500,23
Выбрать
условия
поставки
OP AMP, HIGH VOLT 3A, TO-220-7, 548; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:High Voltage; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:10V/чs; Voltage, Supply Min:4V; Voltage, Supply Max:30V; Termination Type:Through Hole; Case Style:TO-220; Pins, No.…
OPA548TG3 от 1 шт. от 1500,23
250 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA548F/500G3
OPA548F/500G3
Texas Instruments
Арт.: 354373 ИНФО PDF AN
Доступно: 524 шт. от 500 шт. от 716,72
Выбрать
условия
поставки
High-Voltage, High-Current, Wide-Output-Voltage-Swing Power Operational Amplfier 7-DDPAK/TO-263
OPA548F/500G3 от 500 шт. от 716,72
524 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA548FKTWTG3
OPA548FKTWTG3
Texas Instruments
Арт.: 386789 ИНФО PDF AN
Доступно: 221 шт. от 1 шт. от 1695,24
Выбрать
условия
поставки
High-Voltage, High-Current, Wide-Output-Voltage-Swing Power Operational Amplfier 7-DDPAK/TO-263
OPA548FKTWTG3 от 1 шт. от 1695,24
221 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA548T-1G3
OPA548T-1G3
Texas Instruments
Арт.: 386790 ИНФО PDF AN
Доступно: 250 шт. от 1 шт. от 1500,23
Выбрать
условия
поставки
IC OPAMP POWER 1 CIRCUIT TO220-7
OPA548T-1G3 от 1 шт. от 1500,23
250 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA189ID
OPA189ID
Texas Instruments
Арт.: 2609284 ИНФО PDF AN
Доступно: 1622 шт. 106,00
14MHz, MUX-Friendly, Low-noise, Zero-Drift, RRO, CMOS Precision Operational Amplifier 8-SOIC -40 to 125.
OPA189ID 106,00
300 шт.
(на складе)
1322 шт.
(под заказ)
LPV821DBVR
LPV821DBVR
Texas Instruments
Арт.: 2635394 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1891 шт. от 1 шт. от 198,78
Выбрать
условия
поставки
Операционные усилители 650nA, Precision Zero-Drift Nanopower Amplifier 5-SOT-23 -40 to 125
LPV821DBVR от 1 шт. от 198,78
1891 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2333PIDSGT
OPA2333PIDSGT
Texas Instruments
Арт.: 2635433 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1312 шт. от 1 шт. от 286,45
Выбрать
условия
поставки
Zero-Drift Amplifier 2 Circuit Rail-to-Rail 8-WSON (2x2)
OPA2333PIDSGT от 1 шт. от 286,45
1312 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
TLV7081EVM
TLV7081EVM
Texas Instruments
Арт.: 2635514 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 257 шт. от 1 шт. от 1007,00
Выбрать
условия
поставки
TLV7081 Nanopower Comparator Evaluation Module Breakout Board
TLV7081EVM от 1 шт. от 1007,00
257 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
THS3491IDDAR
THS3491IDDAR
Texas Instruments
Арт.: 2734643 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 412 шт. от 2 шт. от 912,04
Выбрать
условия
поставки
900-MHZ, HIGH POWER OUTPUT, CURR.
THS3491IDDAR от 2 шт. от 912,04
412 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
TLV9061IDPWR
TLV9061IDPWR
Texas Instruments
Арт.: 2734672 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 5806 шт. от 16 шт. от 64,75
Выбрать
условия
поставки
World's Smallest Amp 10MHz, RRIO, 1.8V-5.5V op-amp delivers high performance for challenging systems 5-X2SON -40 to 125
TLV9061IDPWR от 16 шт. от 64,75
5806 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2810IDGKR
OPA2810IDGKR
Texas Instruments
Арт.: 2790230 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 981 шт. от 1 шт. от 382,93
Выбрать
условия
поставки
Op Amps High Performance Low Cost Rail-to-Rail Input/Output HV FET Op Amps 8-VSSOP -40 to 125
OPA2810IDGKR от 1 шт. от 382,93
981 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2810IDGKT
OPA2810IDGKT
Texas Instruments
Арт.: 2790232 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 851 шт. от 1 шт. от 441,29
Выбрать
условия
поставки
Op Amps High Performance Low Cost Rail-to-Rail Input/Output HV FET Op Amps 8-VSSOP -40 to 125
OPA2810IDGKT от 1 шт. от 441,29
851 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
THS3491IRGTR
THS3491IRGTR
Texas Instruments
Арт.: 2790301 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 412 шт. от 2 шт. от 912,04
Выбрать
условия
поставки
High Speed Operational Amplifiers 900-MHz, High Power Output, Current Feedback Amplifier 16-VQFN -40 to 85
THS3491IRGTR от 2 шт. от 912,04
412 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
THS3491IRGTT
THS3491IRGTT
Texas Instruments
Арт.: 2790303 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 279 шт. от 1 шт. от 1347,27
Выбрать
условия
поставки
THS3491IRGTT - High Speed Operational Amplifiers 900-MHz, High Power Output, Current Feedback Amplifier 16-VQFN -40 to 85
THS3491IRGTT от 1 шт. от 1347,27
279 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2810IDCNT
OPA2810IDCNT
Texas Instruments
Арт.: 3037436 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 851 шт. от 1 шт. от 441,29
Выбрать
условия
поставки
Operational Amplifiers - Op Amps High Performance Low Cost Rail-to-Rail Input/Output HV FET Op Amps 8-SOT-23 -40 to 125
OPA2810IDCNT от 1 шт. от 441,29
851 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
INA190A5IRSWR
INA190A5IRSWR
Texas Instruments
Арт.: 3085583 ИНФО PDF AN RD RND
Доступно: 1683 шт. от 5 шт. от 223,35
Выбрать
условия
поставки
IC CURR SENSE 1 CIRCUIT 10UQFN
INA190A5IRSWR от 5 шт. от 223,35
1683 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()