Лекции.ИНФО


Технические данные мощных операционных усилителей



Операционные усилители обладают многими характеристиками, необходимыми для их правильного выбора и применения. Основными параметрами для мощных ОУ являются:

- диапазон допустимых напряжений питания ±UпОУ, В. Необходим для правильного выбора величины напряжения питания, с целью снижения тепловых потерь в УМ;

- ток потребления от источника питанияIп, А. Собственный ток потребления ОУ. В случае многоканального усилителя ток обычно указывается для одного усилителя, но иногда может быть указан для всей микросхемы в целом;

- выходной ток Iвых,А - максимальный выходной ток, передаваемый в нагрузку. В справочных данных на мощные ОУ часто приводятся значения максимального импульсного тока, который может выдаваться в нагрузку лишь кратковременно. В таблице Е.1 указано допустимое действующее значение выходного тока, который ОУ может отдавать в нагрузку в длительном режиме;

- коэффициент усиления по напряжению KОУ - отношение приращения выходного напряжения к вызвавшему его приращению дифференциального (между входами) входного напряжения в схеме без обратной связи. Измеряется в ненормированных единицах В/мВ, или в децибелах (дБ);

- частота единичного усиления f1, МГц - значение частоты, при котором коэффициент усиления ОУ по напряжению до единицы;

- напряжение смещения Uсм, мВ- дифференциальное (между входами) напряжение, необходимое для того, чтобы выходное напряжение ОУ стало равно нулю. Появление напряжения смещения связано с технологическими отклонениями при изготовлении ОУ, в результате чего в схеме возникает некоторая разбалансировка. Последняя приводит к тому, что при нулевом входном сигнале ОУ и соединении между собой входов, из-за большого коэффициента усиления ОУ, схема входит в насыщение, и напряжение на выходе становится близким к напряжению питания. Для устранения данного эффекта в схемах ОУ обычно предусматривается коррекция режима по постоянному току;

- максимальная скорость нарастания выходного напряжения ν, В/мкс. Определяется при подаче на вход ОУ прямоугольного импульса как отношение приращения выходного напряжения ко времени, за которое произошло это приращение. Наименьшая скорость нарастания выходного напряжения получается при единичном усилении, поэтому это значение и приводят в справочных данных;

Таблица Е.1 – Основные характеристики мощных ОУ

Тип ОУ ±UпОУ, В Iп, мА Iвых, А КОУ, В/мВ f1, МГц Uсм, мВ ν, В/мкс Фирма/ страна
К157УД1 3 - 15 0,3 0,5 0,5 Россия
К1040УД2 0,5 0,3 - Россия
К1460УД2Р 3 - 20 1,1 1,3 Россия
LM4765 20 - 84 7,5 NS
LM675 6 – 30 5,5 NS
LM3875 20 - 84 NS
LM12 7,5 - 30 0,7 NS
LM3886 20 - 84 NS
OPA544T 10 - 35 1,4 TI
ОРА501 10 - 40 2,6 1,35 TI
ОРА512ВМ 10 - 50 10* TI
OPA567/569 2,7 – 5,5 1,2 0,5 1,2 TI
OPA548 4 - 30 TI
ОРА551 4 - 30 0,2 TI
OPA541AP 10 - 35 1,6 0,1 TI
LT1970 3 - 30 0,5 3,6 0,2 1,6 LT
PA16 7 - 19 4,5 AM
PA162 2,5 - 20 0,9 1,4 AM
PA74 2,5 - 20 1,4 1,5 1,4 AM
РА01 10 - 28 2,6 AM
PA02 7 - 19 4,5 AM
PA52 15 - 115 AM
MP240 15 - 100 16,5 1,8 3 - 14 AM
L272 4 - 28 0,35 ST
L165V 6 - 18 ST

* - пиковый ток

В таблице приняты сокращения: NS - National Semiconductor;

TI - Texas Instruments; LT - Linear Technology; AM - Apex Micotechnology;

ST- STMicroelectronics.

Для мощных ОУ, которые работают в напряженном тепловом режиме, важны и ряд других параметров, приведенные в таблице Е.2. К ним относятся:

- допустимая рассеиваемая мощность, Рдоп,Вт - долговременная мощность, которую усилитель способен рассеивать в окружающую среду без превышения предельно допустимой температуры кристалла при естественном (без теплоотвода) или искусственном (с теплоотводом) охлаждении. Обычно оговаривается допустимая температура среды;

- коэффициент теплового сопротивления кристалл-корпус КJC, ºС/Вт. Характеризует теплопередачу от кристалла микросхемы к ее корпусу. Параметр, необходимый для расчета охлаждающего радиатора;

- выходное сопротивление Rвых,Ом - динамическое выходное сопротивление без ООС, (Ом);

- ток при коротком замыкании выхода Iкз, А (большинство ОУ имеют схему ограничения тока короткого замыкания).

Таблица Е.2 – Специфические параметры мощных ОУ

Тип ОУ Рдоп, Вт КJC, ºС/Вт Rвых, Ом Iкз, А Тип корпуса. Общий вид
К157УД1 0,5* 1** (25 ºС) - <50 201.9-1
К1040УД2 (LM272) 1* (50 ºС) - <2 Dip 16 (Dip 8)
К1460УД2Р 0,5* - <1,5 - Dip 8 (Dip 16)
LM4765 2* от 25 до 40*** - TO-220-15

 

Продолжение таблицы Е.2

LM675 1,8* от 10 до 30*** 54* ТО-220-5
LM3875 2,3* <125*** 43* 1*** <0,1 - TO-220-11
LM12 2* <100*** 2,3 <0,5 TO-3
LM3886 2,3* <125*** 43* 1*** <0,1 11,5 TO-220-11  
OPA544T 1,5* <2,5 ТО-220-5
ОРА501 2* <79*** 2,0 <0,6 от 2 до 10 TO-3
ОРА512ВМ 2* <125*** 30* 1,25*** <0,6 от 0,3 до 10 TO-3
OPA567 1* 6* 38**** <0,1 от 0,2 до 2,2 QFN-12 PowerPAD
ОРА569 4*** 0,37 21,6**** <0,15 от 0,2 до 2,2 SO-20 Power PAD

 

 

Продолжение таблицы Е.2

OPA548 1,7* 10*** 65* 2,5 <1,5 от 0 до 5 ТО-220-7
ОРА551 0,8* 100* <1,5 0,38 Dip 8
1,2* 10*** 4**** 65* 3*** <1,5 0,38 DDPAK-7
OPA541AP 2,5* <125 40* <1 TO-220-11 или TO-8
LT1970 1* 100* <1,7 от 0,1 до 0,5 20-Lead Plastic TSSOP
1,6**** (85 ºC) 40****  
PA16 3,6* 62,5*** 1,8 30* <0,4 <3 12-pin SIP

 

Окончание таблицы Е.2

PA162 4* 15* 25* 7,8 <0,6 - 20-pin PSOP
PA74 3,3* 36*** 30* 3,2 <1 TO-8
РА01 3,3* 67*** 30* 2,4 <1 <3 TO-8  
PA02 3,3* 48*** 30* 2,4 <0,5 <3 TO-8
PA52 8* 400*** 12* 0,25 <0,15 нет
MP240 5* 170*** 14* 0,7 <0,2 от 1 до 25
L272 (К1040УД2,K1460УД2P) 1,2* 5*** 50***** <1 - Dip 8 (Dip 16)
L165V 0,6* 20*** - 3,5 ТО-220-5

* - без внешнего теплоотвода;

** - внешним теплоотводом площадью не менее 18 см2;

*** - с предусмотренным техническими условиями теплоотводом;

**** - на медном теплоотводе массой 60 г (пластине толщиной 2 мм и площадью 32 см2);

***** - на алюминиевой пластине 15х20х0,65 мм.

Все данные в таблице Е.2 (в случае двухканальных ОУ) относятся к одному каналу ОУ

 

Схемы включения мощных операционных усилителей

 

Рисунок Е.1 – Схема включения ОУ типа К157УД1

а б

Рисунок Е.2 – ОУ типа К1040УД2, К1460УД2Р и LM272 (аналог):

а - расположение выводов; б - условное обозначение

Рисунок Е.3 – Схема включения ОУ типа LM12 фирмы National Semiconductor

а б

Рисунок Е.4 – ОУ типа LM4765: а - расположение выводов; б - условное обозначение

Рисунок Е.5 – Схема включения и условное обозначение ОУ типа LM675 фирмы National Semiconductor

а б

Рисунок Е.6 – Условное обозначение ОУ: а - типа LM3875;

б - типа LM3886

Резистор в схеме ОУ типа LM3886 служит для отключения выхода усилителя после подачи через него тока 8 мА с отрицательного вывода питания ключом . Его величина определяется по формуле

, [Ом]. (Е.1)

Рисунок Е.7 – Условное обозначение ОУ типа ОРА544Т

а б

Рисунок Е.8 – ОУ типа ОРА501 и ОРА512ВМ: а - условное обозначение; б - схема включения в инвертирующем усилителе

В данных ОУ (ОРА501 и ОРА512ВМ) резисторы и служат для ограничения выходного тока. Их величина определяется по формуле:

для ОРА501

, [Ом]; (Е.2)

для ОРА512ВМ

, [Ом], (Е.3)

где - ток ограничения, А.

Можно задавать разные значения тока ограничения по положительной или отрицательной полуволне выходного тока ОУ.

Рисунок Е.9 – Условное обозначение и схема включения

ОУ типа OPA567

Ключ позволяет отключить выход усилителя от нагрузки при замыкании его на отрицательное напряжение питания. Резистор служит для задания ограничения выходного тока

, [Ом]. (Е.4)

Рисунок Е.10 – Условное обозначение и схема включения

ОУ типа ОРА548

Назначение ключа здесь такое же, как и в схеме ОРА567, он позволяет отключить выход усилителя от нагрузки при замыкании его на отрицательное напряжение питания. Резистор то же служит для задания ограничения выходного тока

, [Ом]. (Е.5)

Рисунок Е.10 – Условное обозначение и схема включения

ОУ типа ОРА569

Схема включения ОУ типа ОРА569 полностью идентична схеме включения усилителя ОРА567, но имеет вывод (19). Это вывод позволяет осуществлять мониторинг выходного тока ОУ. Ток, вытекающий из вывода , в 475 раз меньше, чем выходной ток. Пропустив этот ток через резистор величиной 475 Ом, получим напряжение на резисторе, численно равное величине выходного тока.

Например, току 1 А будет соответствовать напряжение 1 В. Благодаря наличию такого датчика тока этот мощный ОУ может применяться в точных системах стабилизации тока.

а б

в

Рисунок Е.11 – Условное обозначение ОУ типа ОРА551: а – в корпусе DDPAK-7; б – в корпусе DIP-8; в – схема включения в варианте неинвертирующего усилителя

Усилитель ОРА551 отличается наличием выхода FLAG (FL), который служит выходом датчика температуры кристалла. При нормальной температуре ток вывода FL составляет 50 мкА и падение напряжения на резисторе будет около 1,35 В. При превышении температуры кристалла допустимого значения ток, вытекающий с выхода FL, возрастает до 160 мкА. Напряжение возрастает до 4,32 В. Это позволяет с помощью логического элемента отслеживать температурные режимы усилителя и автоматически отключать его от питания.

Рисунок Е.12 – Схема включения УМ на ОУ типа OPA541AP

Резистор в схеме на рисунке Е.12 играет роль датчика тока нагрузки и позволяет ограничивать выходной ток ОУ заданным значением. Для данного ОУ в металлических корпусах TO-8 этот резистор определяется так

, [Ом]. (Е.6)

Рисунок Е.13 – Схема неинвертирующего усилителя на ОУ типа LT1970 фирмы Linear Technology

В данной схеме (рисунок Е.13) резистор является датчиком тока для системы ограничения выходного тока ОУ. Предельное значение выходного тока микросхемы задается напряжением на специальном входе ОУ. Это напряжение определяется по выражению

. (Е.7)

На рисунке Е.14 приведена схема инвертирующего усилителя на ОУ типа РА16 фирмы Apex Micotechnology. В схему типового включения ОУ входят два навесных резистора и , которые служат для ограничения выходного тока ОУ. Значение этих резисторов (они могут быть разными для тока отрицательной и положительной волны) определяется так

, [Ом]. (Е.8)

Рисунок Е.14 – Схема инвертирующего усилителя на ОУ типа PA16

Корректирующая цепочка нужна для обеспечения устойчивости усилителя.

Рисунок Е.15 – Условное обозначение счетверенного ОУ типа PA162

Рисунок Е.16 – Условное обозначение сдвоенного ОУ типа РА74

На рисунках Е.17 и Е.18 показаны схемы инвертирующего усилителя на ОУ типа РА01 и РА05. В них также применяются навесные резисторы для введения ограничения выходного тока. Их значения можно найти по выражению (Е.8). Величина резисторов и должна быть не меньше 0,12 Ом.

Рисунок Е.17 – Схема инвертирующего усилителя на ОУ типа РА01

Рисунок Е.18 – Схема инвертирующего усилителя на ОУ типа РА02

а б

Рисунок Е.19 – ОУ типа РА52:а - внутренняя структура; б – условное обозначение

Усилитель РА52, как показано на рисунке Е.19, а, структурно состоит из двух последовательно включенных каскадов.

Первый каскад DA1 является операционным усилителем с большим коэффициентом усиления. Второй каскад DA2 – это усилитель мощности на полевых транзисторах. Он собран по схеме истокового повторителя и имеет коэффициент усиления по напряжению около единицы.

Применение данного ОУ не имеет каких либо особенностей, кроме того, что каскады имеют раздельные выводы питания. Это сделано для упрощения конструкции источника питания ОУ. Первый каскад, потребляющий небольшой ток, может питаться через стабилизатор напряжения небольшой мощности. Второй каскад, потребляющий основной ток, может получать нестабилизированное питание с относительно большими пульсациями напряжения.

Рисунок Е.20 – Схема включения и общий вид ОУ типа МР240

Усилитель МР240 (рисунок Е.20) имеет выходной каскад, собранный на нескольких параллельно включенных полевых транзисторах, поэтому для выравнивания токов в них последовательно с транзисторами включаются уравнительные резисторы . Их величина может быть определена по выражению

, [Ом], (Е.9)

где - максимальное значение тока в нагрузке усилителя, А.

Последовательно с нагрузкой включается резистор , который является датчиком тока в системе ограничения тока ОУ. Его величина находится по формуле

, [Ом]. (Е.10)

Конденсатор - конденсатор фазовой коррекции. Его величина может быть выбрана из таблицы Е.3.

Таблица Е.3 – Емкость корректирующего конденсатора для ОУ МР240

Емкость конденсатора , пФ Коэффициент усиления ОУ охваченного отрицательной обратной связью, Кум Скорость нарастания выходного напряжения ν, В/мкс
1 ÷ 3
3 ÷ 10

 

 
а б

Рисунок Е.21 – ОУ L165V: а – условное обозначение; б – общий вид

 

Выбрать другие типы ОУ и познакомиться с новинками разработок в области мощных ОУ можно на сайтах:

http://www.national.com/en/all_products/index.html

http://www.ti.com/ww/ru

http://www.pec.ru/manufacturers/linear/ или http://www.linear.com

http://www.st.com/internet/com/home/home.jsp

http://www.apexmicrotech.ru/products/linear_overview.html

 

 

Приложение Ж

(справочное)









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 536;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная