Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 15

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
644
В избранное

На сайте нашего партнера Компэл опубликованы главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». Представляем вашему вниманию главу №15 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). 

Активный полосовой фильтр

Исходные данные к расчету представлены в таблице 44.

Таблица 44. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание Граничные частоты
ViMin ViMax VoMin VoMax Vcc Vee Vref fl fh
100 мВ (размах) 50 В (размах) 1 мВ (размах) 500 мВ (размах) 15 В -15 В 0 В 10 Гц 100 кГц

 

Описание схемы

Данный полосовой фильтр (рисунок 51) обеспечивает пропускание входных сигналов в диапазоне 10…100 кГц с ослаблением -40 дБ. Опорный сигнал, подаваемый на неинвертирующий вход, позволяет подстраивать постоянную составляющую выходного сигнала. Полюсы частотной характеристики данной схемы выбраны за пределами целевого частотного диапазона (10…100 кГц), чтобы минимизировать искажения полезного сигнала.

Активный полосовой фильтр

Рис. 51. Активный полосовой фильтр

Рекомендуем обратить внимание:

  • напряжение на неинвертирующем входе должно находится в рамках разрешенного диапазона синфазных напряжений для выбранного ОУ;
  • сопротивление резистора R3 должно быть минимально возможным, чтобы обеспечивать высокую нагрузочную способность и не сталкиваться с проблемами стабильности;
  • частота второго полюса (fp3) должна быть как минимум в два раза выше, чем частота первого полюса (fp2). 
  •  

Порядок расчета

  • Рассчитываем сопротивления R1 и R2 с учетом требуемого коэффициента усиления по формуле 1:

$$GAIN=-\frac{R_{2}}{R_{1}}=-0.01\frac{В}{В}=-40\:дБ\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Выбираем значение R1 = 100 кОм.

Тогда R2 = 0,01, R1 = 1 кОм.

  • Выбираем частоту среза фильтра верхних частот. Значение должно быть меньше, чем fl:

fl = 10 Гц; fp1 = 2,5 кГц.

  • Выбираем частоты полюсов фильтра нижних частот. Значение должно быть больше, чем fh:

fh = 100 кГц; fp2 = 150 кГц; fp3 ≥ 2fp2 = 300 кГц; fp3 = 300 кГц.

  • Рассчитываем С1 с учетом fp1 = 16 Гц (формула 2):

$$C_{1}=\frac{1}{2\pi \times R_{1}\times f_{p1}}=\frac{1}{6.28\times 100\:кОм\times 2.5\:Гц}=0.636\:мкФ=1\:мкФ\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

  • Рассчитываем номиналы пассивных компонентов в соответствии со значениями fp3 и fp2. R3 = 8,2 Ом, что обеспечивает стабильность для емкостной нагрузки до 100 нФ (формула 3):

$$C_{2}=\frac{1}{2\pi \times (R_{2}+R_{3})\times f_{p2}}=\frac{1}{6.28\times 1008.2\:Ом\times 150\:кГц}=1025\:пФ=1200\:пФ\:(номинал),\\C_{3}=\frac{1}{2\pi \times R_{3}\times f_{p3}}=\frac{1}{6.28\times 8.2\:Ом\times 300\:кГц}=64.7\:нФ=68\:нФ\:(номинал)\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

 

Моделирование схемы

Данный полосовой фильтр пропускает постоянную составляющую входного сигнала, приложенного к неинвертирующему входу, в рамках синфазного диапазона напряжений используемого ОУ (±13 В).

АЧХ схемы представлена на рисунке 52.

 АЧХ полосового фильтра

Рис. 52. АЧХ полосового фильтра

Осциллограмма переходных процессов представлена на рисунке 53.

Осциллограммы переходных процессов

Рис. 53. Осциллограммы переходных процессов

 

Рекомендации

Для получения подробной информации следует обратиться к руководству TIPD185.

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 45.

Таблица 45. Параметры ОУ, используемого в расчете

OPA1612
Vcc 4,5…36 В
VinCM Vee + 2 В…Vсс – 2 В
Vout Vee + 0,2 В…Vсс – 0,2 В
Vos 100 мкВ
Iq 3,6 мА
Ib 60 нА
UGBW 40 МГц
SR 27 В/мкс
Число каналов 1, 2

В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 46.

Таблица 46. Параметры альтернативного ОУ

OPA172
Vcc 4,5…36 В
VinCM Vee – 100 мВ…Vсс – 2 В
Vout Rail-to-rail
Vos 200 мкВ
Iq 1,6 мА (на канал)
Ib 8 пА
UGBW 10 МГц
SR 10 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)
  14. Неинвертирующий 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
OPA1612AID
OPA1612AID
Texas Instruments
Арт.: 364415 ИНФО AN RD
Поиск
предложений
1.1nV/?Hz Noise, Low Power, Precision Audio Operational Amplifier 8-SOIC -40 to 85
OPA1612AID
-
Поиск
предложений
OPA1612AIDR
OPA1612AIDR
Texas Instruments
Арт.: 385735 ИНФО AN RD
Поиск
предложений
IC OPAMP AUDIO 40MHZ DUAL 8SOIC
OPA1612AIDR
-
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
OPA172ID
OPA172ID
Texas Instruments
Арт.: 1318605 PDF AN RD
Поиск
предложений
OPA172ID
-
Поиск
предложений
OPA172IDR
OPA172IDR
Texas Instruments
Арт.: 1318606 PDF AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, 10MHZ, 10V/US, SOIC-8
OPA172IDR
-
Поиск
предложений
OPA172IDBVR
OPA172IDBVR
Texas Instruments
Арт.: 1350487 PDF AN RD
Поиск
предложений
OPA172IDBVR
-
Поиск
предложений
OPA172IDBVT
OPA172IDBVT
Texas Instruments
Арт.: 1350488 ИНФО PDF AN RD RND
Поиск
предложений
36-V, Single-Supply, 10-MHz, Rail-to-Rail Output, Operational Amplifier 5-SOT-23 -40 to 125
OPA172IDBVT
-
Поиск
предложений
OPA172IDCKR
OPA172IDCKR
Texas Instruments
Арт.: 1372822 PDF AN RD
Поиск
предложений
OPA172IDCKR
-
Поиск
предложений
OPA172IDCKT
OPA172IDCKT
Texas Instruments
Арт.: 1372824 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
36-V, Single-Supply, 10-MHz, Rail-to-Rail Output, Operational Amplifier 8-SOIC -40 to 125
OPA172IDCKT
-
Поиск
предложений
OPA1612AIDRGR
OPA1612AIDRGR
Texas Instruments
Арт.: 1871998 AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, DUAL, 27V/US, WSON-8
OPA1612AIDRGR
-
Поиск
предложений
OPA1612AIDRGT
OPA1612AIDRGT
Texas Instruments
Арт.: 1892828 PDF AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, DUAL, 27V/US, WSON-8
OPA1612AIDRGT
-
Поиск
предложений
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО
Поиск
предложений
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM
-
Поиск
предложений
OPA1612AQDRQ1
OPA1612AQDRQ1
Texas Instruments
Арт.: 2084739 AN RD
Поиск
предложений
OP-AMP, 40MHZ, 27V/US, SOIC-8
OPA1612AQDRQ1
-
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

Сравнение позиций

  • ()