Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 14

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
2772
В избранное

На сайте нашего партнера Компэл опубликованы главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». Представляем вашему вниманию главу №14 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). 

Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Исходные данные к расчету представлены в таблицах 40 и 41.

Таблица 40. Исходные данные к расчету 1

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

Таблица 41. Исходные данные к расчету 2

Нижняя частота среза (fL) Верхняя частота среза (fh) Усиление по переменному току (GAC)
16 кГц ≥1 МГц 10 В/В

Описание схемы

Данная схема усиливает входной переменный сигнал и формирует на выходе неинвертированный однополярный сигнал, смещенный на величину половины напряжения питания (рисунок 48). Стоит подчеркнуть, что входной сигнал может принимать значения выше и ниже потенциала земли. Главное достоинство схемы в том, что она не требует отрицательного напряжения питания.

Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Рис. 48. Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Рекомендуем обратить внимание:

  • напряжение Vinp определяет входное синфазное напряжение;
  • резисторы R2 и R3 определяют входное сопротивление схемы по переменному напряжению;
  • следует использовать малое значение сопротивления обратной связи, чтобы снизить уровень шума;
  • следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
  • схема имеет два полюса, которые определяют частоту среза. Для обеспечения ослабления 3 дБ на требуемой частоте fL необходимо, чтобы полюса располагались на частоте fL/1,557.

Порядок расчета

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

$$R_{4}=R_{1}\times \left(G_{AC}-1 \right)=1\:кОм\times \left(10\frac{В}{В}-1 \right)=9\:кОм\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

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

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

  • Рассчитываем С1 с учетом fL = 16 Гц по формуле 3:

$$C_{1}=\frac{1}{2\pi \times R_{1}\times \frac{f_{L}}{1.557}}==\frac{1}{6.28 \times 1\:кОм\times 10.3\:Гц}=15.5\:мкФ=15\:мкФ\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

  • Рассчитываем С2, согласно формуле 4:

$$R_{div}=\frac{R_{2}\times R_{3}}{R_{2}+R_{3}}=\frac{4.99\:кОм\times 4.99\:кОм}{4.99\:кОм+4.99\:кОм}=2.495\:кОм;\\C_{2}=\frac{1}{2\pi \times R_{1}\times \frac{f_{div}}{1.557}}=\frac{1}{6.28 \times 2.495\:кОм\times 10.3\:Гц}=6.4\:мкФ=6.8\:мкФ\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

  • Верхняя частота среза fh определяется коэффициентом неинвертирующего усиления и GBW (1,5 МГц) используемого усилителя TLV9062 (формула 5).

$$f_{h}=\frac{GBW}{G_{AC}}=\frac{10\:МГц}{10\frac{В}{В}}=1\:МГц\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$

Моделирование схемы

Моделирование в режиме переменных токов (AC-анализ) представлено на рисунке 49.

Частотные характеристики

Рис. 49. Частотные характеристики

Осциллограмма переходных процессов представлена на рисунке 50.

Осциллограммы переходных процессов

Рис. 50. Осциллограммы переходных процессов

Рекомендации

Для получения подробной информации следует обратиться к руководству TIPD185.

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 42.

Таблица 42. Параметры ОУ, используемого в расчете

TLV9062
Vcc 1,8…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 300 мкВ
Iq 538 мкА
Ib 0,5 пА
UGBW 10 МГц
SR 6,5 В/мкс
Число каналов 1, 2, 4

В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 43.

Таблица 43. Параметры альтернативного ОУ

OPA192
Vcc 4,5…36 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 5 мкВ
Iq 1 мА (на канал)
Ib 5 пА
UGBW 10 МГц
SR 20 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
  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
  13. Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

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
OPAMPEVM-SOT23
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
OPA192ID
OPA192ID
Texas Instruments
Арт.: 1297860 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
High Voltage, Rail-to-Rail Input/Output,Precision Op Amps, E-Trim(TM) Series 8-SOIC -40 to 125
OPA192ID
-
Поиск
предложений
OPA192IDR
OPA192IDR
Texas Instruments
Арт.: 1318607 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
High Voltage, Rail-to-Rail Input/Output,Precision Op Amps, E-Trim(TM) Series 8-SOIC -40 to 125
OPA192IDR
-
Поиск
предложений
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО PDF
Поиск
предложений
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM
-
Поиск
предложений
OPA192IDBVR
OPA192IDBVR
Texas Instruments
Арт.: 1917915 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
OP AMP, 10MHZ, 20V/US, SOT-23-5
OPA192IDBVR
-
Поиск
предложений
OPA192IDBVT
OPA192IDBVT
Texas Instruments
Арт.: 1917916 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
IC OPAMP GP 1 CIRCUIT SOT23-5
OPA192IDBVT
-
Поиск
предложений
OPA192IDGKT
OPA192IDGKT
Texas Instruments
Арт.: 1917918 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
IC OPAMP GP 1 CIRCUIT 8VSSOP
OPA192IDGKT
-
Поиск
предложений
DIYAMP-SOIC-EVM
DIYAMP-SOIC-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2301535 ИНФО
Поиск
предложений
Универсальная PCB  для усилителей TI в корпусах SOIC.
DIYAMP-SOIC-EVM
-
Поиск
предложений
DIYAMP-SOT23-EVM
DIYAMP-SOT23-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2320760 ИНФО
Поиск
предложений
DIYAMP EVALUATION MODULE, SOT-23-5
DIYAMP-SOT23-EVM
-
Поиск
предложений
TLV9062IDR
TLV9062IDR
Texas Instruments
Арт.: 2320852 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
10-MHz, Low-Noise, RRIO, CMOS Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems 8-SOIC -40 to 125
TLV9062IDR
-
Поиск
предложений
TLV9062IDSGR
TLV9062IDSGR
Texas Instruments
Арт.: 2537479 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
10-MHz, Low-Noise, RRIO, CMOS Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems 8-SOIC -40 to 125
TLV9062IDSGR
-
Поиск
предложений
TLV9062IDSGT
TLV9062IDSGT
Texas Instruments
Арт.: 2537480 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
10-MHz, Low-Noise, RRIO, CMOS Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems 8-SOIC -40 to 125
TLV9062IDSGT
-
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
TLV9062IDGKR
TLV9062IDGKR
Texas Instruments
Арт.: 2734673 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
10-MHz, Low-Noise, RRIO, CMOS Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems 8-SOIC -40 to 125
TLV9062IDGKR
-
Поиск
предложений
TLV9062IDGKT
TLV9062IDGKT
Texas Instruments
Арт.: 2734674 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
10-MHz, Low-Noise, RRIO, CMOS Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems 8-SOIC -40 to 125
TLV9062IDGKT
-
Поиск
предложений
TLV9062IPWR
TLV9062IPWR
Texas Instruments
Арт.: 2736425 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
10-MHZ, RRIO, CMOS OPERATIONAL AMPLIFIER
TLV9062IPWR
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()