Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители. Гл. 18

Продолжаем публикацию очередной главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». В гл. №18 пойдет речь о низковольтных выпрямителях с однополярным питанием. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах нашего каталога.
3460
В избранное

На сайте нашего партнера Компэл опубликованы главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники». Представляем вашему вниманию главу №18 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). 

Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Исходные данные к расчету представлены в таблице 53.

Таблица 53. Исходные данные к расчету

Вход Выход Питание
ViMin ViMax VoMin VoMax Vcc Vee Vref
5 мВ
(размах)
400 мВ
(размах)
2,5 мВ
(размах)
200 мВ
(размах)
5 В -0,23 В 0 В

Описание схемы

Данная схема используется для прецизионного выпрямления низковольтных двуполярных переменных сигналов (рисунок 61). Она обеспечивает высокую линейность при работе на частотах до 50 кГц со входными сигналами амплитудой от 5 мВ. Для минимизации искажений вблизи 0 В используется источник отрицательного напряжения (например, LM7705).

Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Рис. 61. Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Рекомендуем обратить внимание:

  • при выборе ОУ следует учитывать уровень смещения и скорость нарастания;
  • резистор R3 необходимо выбирать таким образом, чтобы ток утечки диода D1 при поступлении положительной полуволны входного сигнала не создавал значительной ошибки на входе усилителя U1B. Кроме того, выход ОУ не должен перегружать выход усилителя U1A;
  • для получения минимальных искажений следует использовать быстрый диод D1;
  • отказ от входного буфера (U1A) позволит работать со входными сигналами, амплитуда которых будет в два раза больше напряжения питания, однако расплатой за это станет уменьшение входного импеданса и увеличение ошибки усиления;
  • для снижения погрешности усиления следует выбирать прецизионные резисторы.

Порядок расчета 

  • Анализ схемы для положительной полуволны входного сигнала (формула 1) изображен на рисунке 62.

Эквивалентная схема для положительной полуволны входного сигнала

Рис. 62. Эквивалентная схема для положительной полуволны входного сигнала

 

$$V_{o}=V_{i};\:\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}+\left(1+\frac{R_{2}}{R_{1}} \right)=1\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • Расчет схемы для отрицательной полуволны входного сигнала (формула 2) показан на рисунке 63.

Эквивалентная схема для отрицательной полуволны входного сигнала

Рис. 63. Эквивалентная схема для отрицательной полуволны входного сигнала

 

$$V_{o}=V_{i};\:\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}=-1\frac{В}{В}\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

  • Выбираем резисторы с учетом коэффициента усиления, рассчитываемым по формуле 3:

$$\frac{V_{o}}{V_{i}}=-\frac{R_{2}}{R_{1}}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$
Если Vo = -Vi, то R1 = R2. Выбираем R1 = R2 = R2 = 1 кОм.

Моделирование схемы

Осциллограммы переходных процессов представлены на рисунках 64 и 65.

Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 5 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 64. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 5 мВ и частотой 1 кГц

Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 400 мВ и частотой 1 кГц

Рис. 65. Осциллограммы переходных процессов при подаче входного переменного сигнала с амплитудой 400 мВ и частотой 1 кГц

Рекомендации

Параметры ОУ, используемого в расчете, приведены в таблице 54.

Таблица 54. Параметры ОУ, используемого в расчете

OPA350
Vcc 2,7…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 150 мкВ
Iq 5,2 мА/канал
Ib 0,5 пА
UGBW 38 МГц
SR 22 В/мкс
Число каналов 1, 2, 4

В качестве альтернативы может использоваться ОУ, параметры которого представлены в таблице 55.

Таблица 55. Параметры альтернативного ОУ

OPA353
Vcc 2,7…5,5 В
VinCM Rail-to-rail
Vout Rail-to-rail
Vos 3 мВ
Iq 5,2 мА
Ib 0,5 пА
UGBW 44 МГц
SR 22 В/мкс
Число каналов 1, 2,4

 

Список ранее опубликованных глав:

Источник: КОМПЭЛ

Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
OPA350UA
OPA350UA
Texas Instruments
Арт.: 151459 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1201 шт. 87,50
OP AMP, HIGH SPEED RRI/O, SOIC, 350; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:High Speed; Gain, Bandwidth -3dB:38MHz; Slew Rate:22; Voltage, Supply Min:2.7V; Voltage, Supply Max:5.5V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
OPA350UA 87,50 от 19 шт. 87,50 от 75 шт. 87,50 от 150 шт. 87,50
25 шт.
(на складе)
1176 шт.
(под заказ)
OPA353NA/250
OPA353NA/250
Texas Instruments
Арт.: 154902 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1266 шт. от 1 шт. от 290,80
Выбрать
условия
поставки
OP AMP, HIGH SPEED RRI/O, SOT-23-5; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:High Speed; Gain, Bandwidth -3dB:44MHz; Slew Rate:22V/чs; Voltage, Supply Min:2.7V; Voltage, Supply Max:5.5V; Termination Type:SMD; Case Style:SOT-23; Pins, No.…
OPA353NA/250 от 1 шт. от 290,80
1266 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOIC
OPAMPEVM-SOIC
Texas Instruments
Арт.: 160396 ИНФО
Доступно: 324 шт. от 2 шт. от 502,97
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in SOIC Packages
OPAMPEVM-SOIC от 2 шт. от 502,97
324 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-PDIP
OPAMPEVM-PDIP
Texas Instruments
Арт.: 160423 ИНФО
Доступно: 172 шт. от 2 шт. от 502,97
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in PDIP Packages
OPAMPEVM-PDIP от 2 шт. от 502,97
172 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOT23SHDN
OPAMPEVM-SOT23SHDN
Texas Instruments
Арт.: 160424 ИНФО
Доступно: 61 шт. от 2 шт. от 632,32
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps with Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23SHDN от 2 шт. от 632,32
61 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
Texas Instruments
Арт.: 160425 ИНФО
Доступно: 62 шт. от 2 шт. от 502,97
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in MSOP/TSSOP Packages
OPAMPEVM-MSOPTSSOP от 2 шт. от 502,97
62 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA350EA/250
OPA350EA/250
Texas Instruments
Арт.: 197104 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1235 шт. от 1 шт. от 298,09
Выбрать
условия
поставки
High-Speed, Single-Supply, Rail-to-Rail Operational Amplifiers MicroAmplifier(TM) Series 8-VSSOP -40 to 85
OPA350EA/250 от 1 шт. от 298,09
1235 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DEM-OPA-SO-1A
DEM-OPA-SO-1A
Texas Instruments
Арт.: 269936 ИНФО PDF
Доступно: 723 шт. от 2 шт. от 502,97
Выбрать
условия
поставки
DEM-OPA-SO-1A Unpopulated PCB Compatible w/High Speed Wide Bandwidth Op Amps in 8-lead SOIC (D) Pkg
DEM-OPA-SO-1A от 2 шт. от 502,97
723 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DEM-OPA-SO-1B
DEM-OPA-SO-1B
Texas Instruments
Арт.: 269937 ИНФО PDF
Доступно: 244 шт. от 2 шт. от 502,97
Выбрать
условия
поставки
Single op-amp SO-8 (Non-Inverting) generic evaulation module
DEM-OPA-SO-1B от 2 шт. от 502,97
244 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA350EA/250G4
OPA350EA/250G4
Texas Instruments
Арт.: 386402 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1235 шт. от 1 шт. от 298,09
Выбрать
условия
поставки
OP AMP, HIGH SPEED RRI/O, VSSOP8
OPA350EA/250G4 от 1 шт. от 298,09
1235 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA350UA/2K5
OPA350UA/2K5
Texas Instruments
Арт.: 386406 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 2898 шт. 96,50
High-Speed, Single-Supply, Rail-to-Rail Operational Amplifiers MicroAmplifier(TM) Series 8-SOIC -40 to 85
OPA350UA/2K5 96,50 от 19 шт. 96,50 от 64 шт. 96,50 от 134 шт. 96,50
2373 шт.
(на складе)
525 шт.
(под заказ)
OPA353NA/3K
OPA353NA/3K
Texas Instruments
Арт.: 386410 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1357 шт. от 1 шт. от 271,14
Выбрать
условия
поставки
IC OPAMP GP R-R 44MHZ SOT23-5
OPA353NA/3K от 1 шт. от 271,14
1357 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA353NA/3KG4
OPA353NA/3KG4
Texas Instruments
Арт.: 386411 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 3442 шт. от 3000 шт. от 105,69
Выбрать
условия
поставки
Single high-speed, single-supply, rail-to-rail operational amplifiers MicroAmplifier™ serie 5-SOT-23 -40 to 85
OPA353NA/3KG4 от 3000 шт. от 105,69
3442 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA353UAG4
OPA353UAG4
Texas Instruments
Арт.: 386414 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1212 шт. от 1 шт. от 303,69
Выбрать
условия
поставки
Single high-speed, single-supply, rail-to-rail operational amplifiers MicroAmplifier™ serie 8-SOIC -40 to 85
OPA353UAG4 от 1 шт. от 303,69
1212 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOT23
OPAMPEVM-SOT23
Texas Instruments
Арт.: 387061 ИНФО
Доступно: 723 шт. от 2 шт. от 502,97
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps without Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23 от 2 шт. от 502,97
723 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LM7705MM/NOPB
LM7705MM/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1000865 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 4403 шт. от 1 шт. от 83,61
Выбрать
условия
поставки
Switching Voltage Regulators Lo Noise Negative Bias Generator
LM7705MM/NOPB от 1 шт. от 83,61
4403 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LM7705MME/NOPB
LM7705MME/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1000866 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 4375 шт. 36,30
Switching Voltage Regulators Low Noise Negative Bias Generator
LM7705MME/NOPB 36,30 от 63 шт. 33,60 от 250 шт. 32,40 от 500 шт. 30,90
35 шт.
(на складе)
4340 шт.
(под заказ)
LM7705MMEVAL
LM7705MMEVAL
Texas Instruments
Арт.: 1000867 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 24 шт. от 1 шт. от 4929,11
Выбрать
условия
поставки
Evaluation Board for the LM7705
LM7705MMEVAL от 1 шт. от 4929,11
24 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LM7705MMX/NOPB
LM7705MMX/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1000868 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 4403 шт. от 1 шт. от 83,61
Выбрать
условия
поставки
Switching Voltage Regulators Low Noise Negative Bias Generator
LM7705MMX/NOPB от 1 шт. от 83,61
4403 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIP-ADAPTER-EVM
DIP-ADAPTER-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1111445 ИНФО
Доступно: 278 шт. 553,00
Макетная плата  DIP-адаптеров SMD микросхем.
DIP-ADAPTER-EVM 553,00 от 3 шт. 553,00 от 11 шт. 553,00 от 22 шт. 553,00
18 шт.
(на складе)
260 шт.
(под заказ)
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО
Доступно: 122 шт. от 1 шт. от 2917,23
Выбрать
условия
поставки
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM от 1 шт. от 2917,23
122 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOIC-EVM
DIYAMP-SOIC-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2301535 ИНФО
Доступно: 176 шт. от 1 шт. от 2011,88
Выбрать
условия
поставки
Универсальная PCB  для усилителей TI в корпусах SOIC.
DIYAMP-SOIC-EVM от 1 шт. от 2011,88
176 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOT23-EVM
DIYAMP-SOT23-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2320760
Доступно: 180 шт. от 1 шт. от 2011,88
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOT23-EVM от 1 шт. от 2011,88
180 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SC70-EVM
DIYAMP-SC70-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2549437 ИНФО
Доступно: 94 шт. от 1 шт. от 2011,88
Выбрать
условия
поставки
Оценочный модуль универсального DIY усилителя.
DIYAMP-SC70-EVM от 1 шт. от 2011,88
94 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()