Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 6

Данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах нашего каталога
1321
В избранное

На сайте нашего партнера Компэл опубликованы главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». Представляем вашему вниманию главу №6 из него. 

Перед вами – глава из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компанииTexas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах нашего каталога. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей. Если же знаний недостаточно, следует вначале ознакомиться с учебными курсами TI Precision Labs (TIPL). Авторы обещают обновлять и дополнять статьи цикла.

Интегратор

Исходные данные к расчету представлены в таблице 17.

Таблица 17. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание
fMin f0dB fMax VOMin VOMax Vcc Vee
100 Гц 1 кГц 100 кГц -2,45 В 2,45 В 2,5 В -2,5 В

 

Описание схемы

Схема интегратора выполняет интегрирование входного сигнала в частотном диапазоне, определяемом постоянной времени и шириной полосы пропускания ОУ (рисунок 19). Входной сигнал подается на инвертирующий вход, поэтому выходной сигнал имеет обратную полярность. Идеальная схема интегратора может насыщаться до уровня напряжения питания (Vcc или Vee, в зависимости от полярности входного напряжения смещения), по этой причине требуется дополнительный резистор обратной связи R2 для обеспечения стабильной рабочей точки. Резистор обратной связи определяет нижнюю границу частотного диапазона интегратора. Эта схема часто используется как часть более крупного контура обратной связи, который обеспечивает связь по постоянному току, устраняя при этом необходимость в резисторе обратной связи.

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 6

Рис. 19. Схема интегратора

Обратите внимание:

  • используйте резистор обратной связи R2 с максимально возможным (в рамках разумного) номиналом сопротивления;
  • используйте КМОП-усилители для минимизации ошибки, вызванной наличием входного тока;
  • верхняя граница частотного диапазона интегратора определяется произведением коэффициента усиления на полосу пропускания (GBP). Частотный диапазон интегратора обычно оказывается в десять раз уже полосы пропускания ОУ;
  • регулируемый источник опорного напряжения должен быть подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя для устранения влияния входного напряжения смещения. В противном случае возможно насыщение ОУ. Эта мера может не потребоваться в случае использования усилителей с минимальным напряжением смещения.
  •  

Порядок расчета

Выходное напряжение схемы определяется по формуле 1:

$$V_{OUT}=-\frac{1}{R_{1}\times C_{1}}\int_{0}^{t}{V_{IN}(t)dt}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем стандартное значение R1 = 100 кОм.
  • Рассчитываем C1 с учетом заданной частоты единичного усиления (формула 2):

$$C_{1}=\frac{1}{2\pi \times R_{1}\times f_{0dB}}=\frac{1}{6.28 \times 100\:кОм\times 1\:кГц}=1.59\:нФ\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

  • Рассчитываем сопротивления резистора R2, учитывая, что частота среза должна быть в 10 раз меньше, чем минимальная рабочая частота (формула 3):

$$R_{2}\geq \frac{1}{2\pi \times C_{1}\times \frac{f_{MIN}}{10}}=\frac{10}{6.28 \times 1.59\:нФ\times 100\:Гц}=100\:МОм\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем ОУ с полосой пропускания в десять раз большей, чем требуемая максимальная частота интегратора (формула 4):

$$GBP\geq 10\times f_{MAX}=10\times 100\:кГц=1\:МГц;\; GBP\geq 1\:МГц\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

 

Моделирование схемы

Моделирование в режиме переменных токов

Моделирование в режиме переменных токов (малосигнальный AC-анализ) показано на рисунке 20.

Частотная характеристика схемы

Рис. 20. Частотная характеристика схемы

 

Моделирование переходных процессов

При подаче на вход синусоиды частотой 1 кГц на выходе наблюдается синусоида частотой 1 кГц, смещенная на 90°, или косинусоида (рисунок 21).

Интегрирование синусоиды

Рис. 21. Интегрирование синусоиды

При подаче на вход треугольного сигнала частотой 1 кГц на выходе наблюдается синусоида частотой 1 кГц (рисунок 22).

Интегрирование треугольного сигнала

Рис. 22. Интегрирование треугольного сигнала

При подаче на вход прямоугольного сигнала частотой 1 кГц на выходе наблюдается треугольный сигнал частотой 1 кГц (рисунок 23).

Интегрирование прямоугольного сигнала

Рис. 23. Интегрирование прямоугольного сигнала

Рекомендации

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 18.

Таблица 18. Параметры ОУ, используемого в расчете

TLV9002
Vss 1,8…5,5 В
VinCM Rail-to-Rail
Vout Rail-to-rail
Vos 0,4 мВ
Iq 60 мкА
Ib 5 пА
UGBW 1 МГц
SR 2 В/мкс
Число каналов 1, 2, 4

В качестве альтернативного может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 19.

Таблица 19. Параметры альтернативного ОУ

OPA376
Vss 2,2…5,5 В
VinCM (Vee – 0,1 В)…(Vcc – 1,3 В)
Vout Rail-to-rail
Vos 5 мкВ
Iq 0,76 мА
Ib 0,2 пА
UGBW 5,5 МГц
SR 2 В/мкс
Число каналов 1, 2, 4

 

Список ранее опубликованных глав:

  1. Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители. Гл.1
  2. Инвертирующий усилитель. Гл.2
  3. Неинвертирующий усилитель. Гл.3
  4. Инвертирующий сумматор. Гл. 4
  5. Дифференциальный усилитель. Гл. 5

 

Источник: КОМПЭЛ

Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
OPAMPEVM-SOIC
OPAMPEVM-SOIC
Texas Instruments
Арт.: 160396 ИНФО
Поиск
предложений
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in SOIC Packages
OPAMPEVM-SOIC
-
Поиск
предложений
OPAMPEVM-PDIP
OPAMPEVM-PDIP
Texas Instruments
Арт.: 160423 ИНФО
Поиск
предложений
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in PDIP Packages
OPAMPEVM-PDIP
-
Поиск
предложений
OPAMPEVM-SOT23SHDN
OPAMPEVM-SOT23SHDN
Texas Instruments
Арт.: 160424 ИНФО
Поиск
предложений
Universal EVM for Single/Dual OpAmps with Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23SHDN
-
Поиск
предложений
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
Texas Instruments
Арт.: 160425 ИНФО
Поиск
предложений
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in MSOP/TSSOP Packages
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
-
Поиск
предложений
OPA376AIDBVT
OPA376AIDBVT
Texas Instruments
Арт.: 272024 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Operational Amplifier (Op-Amp) IC; No. of Amplifiers:1; Op Amp Type:Low Offset Voltage; Gain Bandwidth -3db:5.5MHz; Slew Rate:2V/чs; Supply Voltage Min:2.2V; Supply Voltage Max:5.5V; No. of Pins:5
OPA376AIDBVT
-
Поиск
предложений
OPA376AIDCKT
OPA376AIDCKT
Texas Instruments
Арт.: 299130 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Operational Amplifier (Op-Amp) IC; No. of Amplifiers:1; Op Amp Type:Low Offset Voltage; Gain Bandwidth -3db:5.5MHz; Slew Rate:2V/чs; Supply Voltage Min:2.2V; Supply Voltage Max:5.5V; No. of Pins:5
OPA376AIDCKT
-
Поиск
предложений
OPA376AIDBVR
OPA376AIDBVR
Texas Instruments
Арт.: 386525 PDF AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, 5.5MHZ, 2V/US, SOT-23-5
OPA376AIDBVR
-
Поиск
предложений
OPA376AIDBVTG4
OPA376AIDBVTG4
Texas Instruments
Арт.: 386527 PDF AN RD
Поиск
предложений
OP AMP, LOW NOISE, LOW LQ, SOT-23-5
OPA376AIDBVTG4
-
Поиск
предложений
OPA376AIDCKTG4
OPA376AIDCKTG4
Texas Instruments
Арт.: 386530 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
IC OPAMP GP 5.5MHZ SGL SC70-5
OPA376AIDCKTG4
-
Поиск
предложений
OPA376AIDG4
OPA376AIDG4
Texas Instruments
Арт.: 386531 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Precision, Low Noise, Low Iq Operational Amplifier 8-SOIC -40 to 125
OPA376AIDG4
-
Поиск
предложений
OPA376AIDRG4
OPA376AIDRG4
Texas Instruments
Арт.: 386533 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
IC OPAMP GP 5.5MHZ SGL 8SOIC
OPA376AIDRG4
-
Поиск
предложений
OPAMPEVM-SOT23
Texas Instruments
Арт.: 387061 ИНФО
Поиск
предложений
Universal EVM for Single/Dual OpAmps without Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23
-
Поиск
предложений
DIP-ADAPTER-EVM
DIP-ADAPTER-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1111445 ИНФО
Поиск
предложений
Макетная плата  DIP-адаптеров SMD микросхем.
DIP-ADAPTER-EVM
-
Поиск
предложений
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО
Поиск
предложений
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM
-
Поиск
предложений
DIYAMP-SOIC-EVM
DIYAMP-SOIC-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2301535
Поиск
предложений
DIYAMP-SOIC-EVM
-
Поиск
предложений
DIYAMP-SOT23-EVM
DIYAMP-SOT23-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2320760
Поиск
предложений
DIYAMP-SOT23-EVM
-
Поиск
предложений
DIYAMP-SC70-EVM
DIYAMP-SC70-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2549437 ИНФО
Поиск
предложений
Оценочный модуль универсального DIY усилителя.
DIYAMP-SC70-EVM
-
Поиск
предложений
TLV9002IDR
TLV9002IDR
Texas Instruments
Арт.: 2635527 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, DUAL, 1MHZ, 2V/US, SOIC-8
TLV9002IDR
-
Поиск
предложений
TLV9002IDSGT
TLV9002IDSGT
Texas Instruments
Арт.: 2726232 PDF AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, DUAL, 1MHZ, 2V/US, WSON-8
TLV9002IDSGT
-
Поиск
предложений
TLV9002IDGKT
TLV9002IDGKT
Texas Instruments
Арт.: 2738956 PDF AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, DUAL, 1MHZ, 2V/US, VSSOP-8
TLV9002IDGKT
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()