Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 9

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
2440
В избранное

На сайте нашего партнера Компэл опубликованы главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». Представляем вашему вниманию главу №9 из неё. 

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). 

Однополярная схема измерения тока

Исходные данные к расчету представлены в таблице 26.

Таблица 26. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание
IiMin IiMax VOMin VOMax Vcc Vee Vref
0 A 1 A 0 В 4,9 В 5 В 0 В 0 В

Описание схемы

Данная схема с однополярным питанием используется для измерения тока нагрузки, подключенной к земле, в диапазоне 0…1 А и для формирования выходного сигнала напряжения 0…4,9 В. Диапазоны входных токов, выходных напряжений и уровни напряжения питания могут быть изменены в соответствии с требованиями конкретного приложения (рисунок 32). Отрицательное напряжение питания, получаемое с помощью преобразователя, например, LM7705 или ему подобного, необходимо для устранения искажений сигнала вблизи 0 В.

Схема измерения тока с однополярным питанием

Рис. 32. Схема измерения тока с однополярным питанием

Рекомендуем обратить внимание:

  • для получения минимальной погрешности следует использовать прецизионные резисторы;
  • для обеспечения максимальной точности при измерениях малых токов необходимо, чтобы отрицательное напряжение питания было немного меньше, чем 0 В;
  • дополнительный конденсатор, включенный параллельно резистору обратной связи, позволит уменьшить влияние ВЧ-помех, но при этом ограничит полосу пропускания.

Порядок расчета

  • Выходное напряжение определяется по формуле 1:

$$V_{O}=I_{i}\times R_{1}\times \left(1+\frac{R_{3}}{R_{2}} \right)\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем максимальное входное напряжение. ViMax = 100 мВ при IiMax = 1 А. Рассчитываем сопротивление шунта по формуле 2:

$$R_{1}=\frac{V_{iMax}}{I_{iMax}}=\frac{100\:мВ}{1\:А}=100\:мОм\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

  • Рассчитываем усиление при ViMax = 100 мВ и VOmax = 4.9 мВ по формуле 3:

$$GAIN=\frac{V_{OMax}}{V_{iMax}}=\frac{4.9\:В}{100\:мВ}=49.0\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

  • Рассчитываем резисторы обратной связи по формуле 4:

$$GAIN=1+\frac{R_{3}}{R_{2}}=49.0\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

Выбираем R2 = 7.5 кОм с точностью 0,05% (значение из стандартного ряда номиналов). Тогда R3 = 48 x R2 = 360 кОм с точностью 0,05% (значение из стандартного ряда номиналов).

Моделирование схемы

Моделирование в режиме постоянных токов (DC-анализ) приведено на рисунке 33.

Зависимость выходного напряжения усилителя от тока

Рис. 33. Зависимость выходного напряжения усилителя от тока

Моделирование в режиме переменных токов (малосигнальный AC-анализ) показано на рисунке 34.

Частотная характеристика схемы

Рис. 34. Частотная характеристика схемы

Рекомендации

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 27.

Таблица 27. Параметры ОУ, используемого в расчете

OPA320
Vss 1,8…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 40 мкВ
Iq 1,5 мА (на канал)
Ib 0,2 пА
UGBW 10 МГц
SR 10 В/мкс
Число каналов 1, 2

В качестве альтернативного может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 28.

Таблица 28. Параметры альтернативного ОУ

OPA145
Vss 1,8…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 400 мкВ
Iq 60 мкА
Ib 5 пА
UGBW 1 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
  6. Интегратор. Гл. 6
  7. Дифференциатор. Гл.7
  8. Трансимпедансный усилитель. Гл.8

Источник: КОМПЭЛ

Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
OPAMPEVM-SOIC
OPAMPEVM-SOIC
Texas Instruments
Арт.: 160396 ИНФО
Доступно: 335 шт. от 1 шт. от 681,12
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in SOIC Packages
OPAMPEVM-SOIC от 1 шт. от 681,12
335 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-PDIP
OPAMPEVM-PDIP
Texas Instruments
Арт.: 160423 ИНФО
Доступно: 124 шт. от 1 шт. от 681,12
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in PDIP Packages
OPAMPEVM-PDIP от 1 шт. от 681,12
124 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOT23SHDN
OPAMPEVM-SOT23SHDN
Texas Instruments
Арт.: 160424 ИНФО
Доступно: 139 шт. от 1 шт. от 681,12
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps with Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23SHDN от 1 шт. от 681,12
139 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
Texas Instruments
Арт.: 160425 ИНФО
Доступно: 154 шт. от 1 шт. от 681,12
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in MSOP/TSSOP Packages
OPAMPEVM-MSOPTSSOP от 1 шт. от 681,12
154 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOT23
OPAMPEVM-SOT23
Texas Instruments
Арт.: 387061 ИНФО
Доступно: 578 шт. от 1 шт. от 681,12
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps without Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23 от 1 шт. от 681,12
578 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA320AIDBVT
OPA320AIDBVT
Texas Instruments
Арт.: 856687 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 2161 шт. 96,00
OP AMP, CMOS, 20MHZ, 5SOT23, FULL REEL
OPA320AIDBVT 96,00
928 шт.
(на складе)
1233 шт.
(под заказ)
DIP-ADAPTER-EVM
DIP-ADAPTER-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1111445 ИНФО
Доступно: 265 шт. 704,00
Макетная плата  DIP-адаптеров SMD микросхем.
DIP-ADAPTER-EVM 704,00
16 шт.
(на складе)
249 шт.
(под заказ)
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО PDF
Доступно: 126 шт. от 1 шт. от 3130,71
Выбрать
условия
поставки
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM от 1 шт. от 3130,71
126 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOIC-EVM
DIYAMP-SOIC-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2301535 ИНФО
Доступно: 183 шт. от 1 шт. от 2159,11
Выбрать
условия
поставки
Универсальная PCB  для усилителей TI в корпусах SOIC.
DIYAMP-SOIC-EVM от 1 шт. от 2159,11
183 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOT23-EVM
DIYAMP-SOT23-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2320760
Доступно: 183 шт. от 1 шт. от 2159,11
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOT23-EVM от 1 шт. от 2159,11
183 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SC70-EVM
DIYAMP-SC70-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2549437 ИНФО
Доступно: 176 шт. от 1 шт. от 2159,11
Выбрать
условия
поставки
Оценочный модуль универсального DIY усилителя.
DIYAMP-SC70-EVM от 1 шт. от 2159,11
176 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()