Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители 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.
624
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
Поиск
предложений
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
-
Поиск
предложений
OPA353NA/250
OPA353NA/250
Texas Instruments
Арт.: 154902 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
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
-
Поиск
предложений
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
OPA350EA/250
OPA350EA/250
Texas Instruments
Арт.: 197104 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
High-Speed, Single-Supply, Rail-to-Rail Operational Amplifiers MicroAmplifier(TM) Series 8-VSSOP -40 to 85
OPA350EA/250
-
Поиск
предложений
DEM-OPA-SO-1A
DEM-OPA-SO-1A
Texas Instruments
Арт.: 269936 ИНФО PDF
Поиск
предложений
DEM-OPA-SO-1A Unpopulated PCB Compatible w/High Speed Wide Bandwidth Op Amps in 8-lead SOIC (D) Pkg
DEM-OPA-SO-1A
-
Поиск
предложений
DEM-OPA-SO-1B
DEM-OPA-SO-1B
Texas Instruments
Арт.: 269937 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Single op-amp SO-8 (Non-Inverting) generic evaulation module
DEM-OPA-SO-1B
-
Поиск
предложений
OPA350EA/250G4
OPA350EA/250G4
Texas Instruments
Арт.: 386402 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
OP AMP, HIGH SPEED RRI/O, VSSOP8
OPA350EA/250G4
-
Поиск
предложений
OPA350UA/2K5
OPA350UA/2K5
Texas Instruments
Арт.: 386406 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
High-Speed, Single-Supply, Rail-to-Rail Operational Amplifiers MicroAmplifier(TM) Series 8-SOIC -40 to 85
OPA350UA/2K5
-
Поиск
предложений
OPA353NA/3K
OPA353NA/3K
Texas Instruments
Арт.: 386410 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
IC OPAMP GP R-R 44MHZ SOT23-5
OPA353NA/3K
-
Поиск
предложений
OPA353NA/3KG4
OPA353NA/3KG4
Texas Instruments
Арт.: 386411 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Single high-speed, single-supply, rail-to-rail operational amplifiers MicroAmplifier™ serie 5-SOT-23 -40 to 85
OPA353NA/3KG4
-
Поиск
предложений
OPA353UAG4
OPA353UAG4
Texas Instruments
Арт.: 386414 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Single high-speed, single-supply, rail-to-rail operational amplifiers MicroAmplifier™ serie 8-SOIC -40 to 85
OPA353UAG4
-
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
LM7705MM/NOPB
LM7705MM/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1000865 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Switching Voltage Regulators Lo Noise Negative Bias Generator
LM7705MM/NOPB
-
Поиск
предложений
LM7705MME/NOPB
LM7705MME/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1000866 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Switching Voltage Regulators Low Noise Negative Bias Generator
LM7705MME/NOPB
-
Поиск
предложений
LM7705MMEVAL
LM7705MMEVAL
Texas Instruments
Арт.: 1000867 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Evaluation Board for the LM7705
LM7705MMEVAL
-
Поиск
предложений
LM7705MMX/NOPB
LM7705MMX/NOPB
Texas Instruments
Арт.: 1000868 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Switching Voltage Regulators Low Noise Negative Bias Generator
LM7705MMX/NOPB
-
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
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО
Поиск
предложений
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM
-
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
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

  • ()