IoT

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 13

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
2838
В избранное

На сайте нашего партнера Компэл опубликованы главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». Представляем вашему вниманию главу №13 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). 

Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Исходные данные к расчету представлены в таблице 37.

Таблица 37. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание
ViMin ViMax VoMin VoMax Vcc Vee Vref
-240 мВ +240 мВ 0,1 В 4,9 В 5 В 0 В 5 В

Описание схемы

Данная схема усиливает входной переменный сигнал и формирует на выходе однополярный сигнал, смещенный на величину половины напряжения питания (рисунок 45). Стоит подчеркнуть, что входной сигнал может принимать значения выше и ниже потенциала земли. Главное достоинство схемы заключается в том, что она не требует отрицательного напряжения питания.

Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Рис. 45. Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Рекомендуем обратить внимание:

  • резистор R1 определяет входное сопротивление по переменному току. Резистор R4 нагружает выход усилителя;
  • следует использовать малое значение сопротивления обратной связи, чтобы сократить уровень шумов и решить проблемы со стабильностью;
  • следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
  • полоса пропускания схемы зависит от произведения коэффициента усиления на полосу пропускания (GBP). Дополнительная фильтрация может быть выполнена за счет подключения конденсатора параллельно резистору R Этот конденсатор также повышает устойчивость схемы в том случае, если сопротивление резистора обратной связи R4 достаточно велико.

Порядок расчета

  • Выбираем значение R1 = 1 кОм (номинал).
  • Рассчитываем R4 с учетом требуемого коэффициента усиления (формула 1).

$$R_{4}=R_{1}\times G_{AC}=1\:кОм\times \left|-10\frac{В}{В} \right|=10\:кОм\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем сопротивления R2 и R3 для формирования выходного опорного напряжения 2,5 В. Выбираем R3 = 4,99 кОм (номинал) (формула 2):

$$R_{2}=\frac{R_{3}\times V_{ref}}{V_{DC}}-R_{3}=\frac{4.99\:кОм\times 5\:В}{2.5\:В}-4.99\:кОм\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем нижнюю частоту среза fL (16 Гц) и рассчитываем С1 по формуле 3:

$$C_{1}=\frac{1}{2\pi \times R_{1}\times f_{L}}=\frac{1}{6.28\times 1\:кОм\times 16\:Гц}=9.94\:мкФ=10\:мкФ\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем частоту среза делителя fdiv (6,4 Гц) и рассчитываем С2 по формуле 4:

$$R_{div}=\frac{R_{2}\times R_{3}}{R_{2}+R_{3}}=\frac{4.99\:кОм\times 4.99\:кОм}{4.99\:кОм+4.99\:кОм}=2.495\:кОм;\\C_{2}=\frac{1}{2\pi \times R_{div}\times f_{div}}=\frac{1}{6.28 \times 2.495\:кОм\times 6.4\:Гц}=9.96\:мкФ=10\:мкФ\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

  • Верхняя частота среза fh определяется величиной GBW (1,5 МГц) используемого усилителя (LMV981) (формула 5):

$$G_{Noise}=1+\frac{R_{4}}{R_{1}}=1+\frac{10\:кОм}{1\:кОм}=11\frac{В}{В};\\f_{h}=\frac{GBW}{G_{Noise}}=\frac{1.5\:МГц}{11\frac{В}{В}}=136.6\:кГц\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$

Моделирование схемы

Моделирование в режиме переменных токов (AC-анализ) представлено на рисунке 46.

Частотные характеристики

Рис. 46. Частотные характеристики

Осциллограмма переходных процессов представлена на рисунке 47.

Осциллограммы переходных процессов

Рис. 47. Осциллограммы переходных процессов

Рекомендации

Для получения подробной информации следует обратиться к руководству TIPD185.

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 38.

Таблица 38. Параметры ОУ, используемого в расчете

LMV981
Vcc 1,8…5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 1 мВ
Iq 116 мкА
Ib 14 нА
UGBW 1,5 МГц
SR 0,42 В/мкс
Число каналов 2

В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 39.

Таблица 39. Параметры альтернативного ОУ

LMV771
Vcc 2,7…5 В
VinCM Vee…(Vcc – 0,9 В)
Vout Rail-to-rail
Vos 0,25 мВ
Iq 600 мкА
Ib -0,23 пА
UGBW 3,5 МГц
SR 1,5 В/мкс
Число каналов 1, 2

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
  9. Однополярная схема измерения тока. Гл. 9
  10. Биполярная схема измерения тока. Гл. 10
  11. Однополярная схема измерения тока с широким рабочим диапазоном (3 декады). Гл. 11
  12. ШИМ-генератор на ОУ. Гл. 12

Источник: КОМПЭЛ

 
Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
OPAMPEVM-SOIC
OPAMPEVM-SOIC
Texas Instruments
Арт.: 160396 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in SOIC Packages
OPAMPEVM-SOIC от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-PDIP
OPAMPEVM-PDIP
Texas Instruments
Арт.: 160423 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in PDIP Packages
OPAMPEVM-PDIP от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOT23SHDN
OPAMPEVM-SOT23SHDN
Texas Instruments
Арт.: 160424 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps with Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23SHDN от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
Texas Instruments
Арт.: 160425 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in MSOP/TSSOP Packages
OPAMPEVM-MSOPTSSOP от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOT23
OPAMPEVM-SOT23
Texas Instruments
Арт.: 387061 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps without Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23 от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LMV771MG/NOPB
LMV771MG/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 988245 ИНФО PDF AN
Доступно: 2920 шт. от 8 шт. от 135,15
Выбрать
условия
поставки
Single/Dual/Quad, Low Offset, Low Noise, RRO Operational Amplifiers 5-SC70 -40 to 125
LMV771MG/NOPB от 8 шт. от 135,15
2920 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LMV771MGX/NOPB
LMV771MGX/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1002937 ИНФО PDF AN
Доступно: 4832 шт. от 521 шт. от 52,20
Выбрать
условия
поставки
Single/Dual/Quad, Low Offset, Low Noise, RRO Operational Amplifiers 5-SC70 -40 to 125
LMV771MGX/NOPB от 521 шт. от 52,20
4832 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LMV981MF
LMV981MF
Texas Instruments
Арт.: 1003061 ИНФО PDF AN NRND
Доступно: 992 шт. от 1 шт. от 397,85
Выбрать
условия
поставки
IC OPAMP GP 1 CIRCUIT SOT23-6
LMV981MF от 1 шт. от 397,85
992 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIP-ADAPTER-EVM
DIP-ADAPTER-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1111445 ИНФО
Доступно: 285 шт. от 1 шт. от 1382,15
Выбрать
условия
поставки
Макетная плата  DIP-адаптеров SMD микросхем.
DIP-ADAPTER-EVM от 1 шт. от 1382,15
285 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО PDF
Доступно: 8 шт. от 1 шт. от 4008,24
Выбрать
условия
поставки
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM от 1 шт. от 4008,24
8 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOIC-EVM
DIYAMP-SOIC-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2301535 ИНФО
Доступно: 17 шт. от 1 шт. от 3926,77
Выбрать
условия
поставки
Универсальная PCB  для усилителей TI в корпусах SOIC.
DIYAMP-SOIC-EVM от 1 шт. от 3926,77
17 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOT23-EVM
DIYAMP-SOT23-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2320760 ИНФО
Доступно: 9 шт. от 1 шт. от 2764,31
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP EVALUATION MODULE, SOT-23-5
DIYAMP-SOT23-EVM от 1 шт. от 2764,31
9 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SC70-EVM
DIYAMP-SC70-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2549437 ИНФО
Доступно: 12 шт. от 1 шт. от 2764,31
Выбрать
условия
поставки
Оценочный модуль универсального DIY усилителя.
DIYAMP-SC70-EVM от 1 шт. от 2764,31
12 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
INA4181A2IPWR
INA4181A2IPWR
Texas Instruments
Арт.: 2738899 ИНФО PDF AN
Доступно: 2163 шт. от 1 шт. от 182,45
Выбрать
условия
поставки
Quad Channel, 26V, Bi-Directional, Low-/High-Side Voltage Output Current Sense Amplifier 20-TSSOP -40 to 125
INA4181A2IPWR от 1 шт. от 182,45
2163 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
AMC1302DWVR
AMC1302DWVR
Texas Instruments
Арт.: 3085525 ИНФО PDF RD RND
Поиск
предложений
200 KHZ REINFORCED ISOLATED AMPL
AMC1302DWVR
-
Поиск
предложений
INA4181A4QPWRQ1
INA4181A4QPWRQ1
Texas Instruments
Арт.: 3085595 ИНФО PDF AN
Доступно: 3503 шт. от 10 шт. от 112,66
Выбрать
условия
поставки
IC CURR SENSE 4 CIRCUIT 20TSSOP
INA4181A4QPWRQ1 от 10 шт. от 112,66
3503 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ISO224ADWV
ISO224ADWV
Texas Instruments
Арт.: 3094297 ИНФО PDF AN RD RND DT
Доступно: 412 шт. от 64 шт. от 956,14
Выбрать
условия
поставки
INTERFACE IC MISC
ISO224ADWV от 64 шт. от 956,14
412 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ISO224BDWV
ISO224BDWV
Texas Instruments
Арт.: 3094299 ИНФО PDF AN RD RND DT
Доступно: 335 шт. от 64 шт. от 1177,23
Выбрать
условия
поставки
INTERFACE IC MISC
ISO224BDWV от 64 шт. от 1177,23
335 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ISO224BDWVR
ISO224BDWVR
Texas Instruments
Арт.: 3094300 ИНФО PDF AN RD RND DT
Доступно: 159 шт. 1640,00
INTERFACE IC MISC
ISO224BDWVR 1640,00
103 шт.
(на складе)
56 шт.
(под заказ)
INA253A2IPW
INA253A2IPW
Texas Instruments
Арт.: 3167343 ИНФО PDF AN RD RND
Доступно: 762 шт. от 1 шт. от 517,55
Выбрать
условия
поставки
IC CURR SENSE 1 CIRCUIT 20TSSOP
INA253A2IPW от 1 шт. от 517,55
762 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
INA253A2IPWR
INA253A2IPWR
Texas Instruments
Арт.: 3167344 AN RD RND
Доступно: 915 шт. от 1 шт. от 431,30
Выбрать
условия
поставки
INA253A2IPWR от 1 шт. от 431,30
915 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()