Nieuws- en analyseportaal "time of electronics". ON Semiconductor operationele versterkers Geïmporteerde operationele laagspanningsversterkers

  • 10.02.2022

National Semiconductor, opgericht in 1959, heeft een lange weg afgelegd van de productie van de eerste discrete transistors tot de meest complexe componenten van moderne informatieapparatuur. Met de mogelijkheid om apparaten te maken met een integratieniveau van basisbouwstenen en systemen met één chip tot hoogwaardige multi-chip en multifunctionele kits, en door analoge en digitale technologie te combineren, biedt het bedrijf optimale oplossingen voor de consument en communicatie markten in een breed scala van producten. Let ook op de basiselementen van analoge elektronica die is ontwikkeld en vervaardigd door National Semiconductor, met name geïntegreerde operationele versterkers, die in Rusland veel minder populair zijn dan bijvoorbeeld producten van Analog Devices, hoewel ze in de meeste gevallen op geen enkele manier onderdoen voor laatstgenoemde tegen een aanzienlijk lagere prijs. Operationele versterkers (op-amps) van National Semiconductor kunnen voorwaardelijk worden onderverdeeld in verschillende families (groepen) volgens een aantal parameters, deze verdeling komt gedeeltelijk tot uiting in het chipmarkeringssysteem dat door het bedrijf wordt gebruikt. Deze:

1. Versterkers voor algemeen gebruik (General Purpose - LM).

2. Hoge snelheid (High Speed ​​​​- LMH) - de eenheidsversterkingsfrequentie is meer dan 50 MHz.

3. Laag vermogen (Low Power - LP, LPV) - stroomverbruik is minder dan 1,5 mA.

4. Micropower (Micro Power - LP, LPV) - stroomverbruik is minder dan 25 μA.

5. Laagspanning (LMV) - voedingsspanning lager dan 3 V.

6. Precisie - winst meer dan 100 dB, offset-spanning minder dan 1 mV.

7. Lage ruis (Low Noise) - ruisspanning is minder dan 10 nVC Hz.

8. Krachtig (hoog uitgangsvermogen) - de uitgangsstroom is meer dan 100 mA.

9. Met ingangs- en uitgangsspanning dichtbij de voedingsspanning (IO Rail to Rail).

Deze verdeling is om voor de hand liggende redenen niet strikt, de letterclassificatie wordt ook niet altijd nageleefd, de op-amp kan tegelijkertijd snel, ruisarm zijn, met een uitgangsspanning die dicht bij de voedingsspanning ligt, enz. Bovendien worden microschakelingen van hetzelfde type geproduceerd in verschillende verpakkingen en uitvoeringen - voor algemeen gebruik (commercieel), voor industrieel gebruik (industrieel) en voor speciaal, lees - militair gebruik (militair), die verschillen in een aantal parameters, in in het bijzonder in het bedrijfstemperatuurbereik. Er moet ook worden opgemerkt dat het bedrijf, naast het beheersen van de productie van nieuwe producten, continu bezig is met de verbetering en ontwikkeling van eerder geproduceerde producten, wat bijvoorbeeld duidelijk te zien is in de bekende goedkope en zeer populaire familie van lage -power op-amps LM321/358/324(enkel/dubbel/viervoudig) met een stroomverbruik van 0,2 - 0,4 mA per kanaal. Een aantal van hun wijzigingen worden geproduceerd: LP324/LP2902- quad micropower met een stroomverbruik van 21 A, LMV321/358/324 - laagspanning, met een voedingsspanning van 2,7 V tot 5,5 V, LPV321/358/324, vervaardigd met behulp van gepatenteerde BICMOS-technologie - micropower laagspanning met een stroomverbruik van 9 μA, enz.

Laten we doorgaan met onze beschouwing van low- en micropower op-versterkers door National Semiconductor, en laten we verder gaan met het beschrijven van de nieuwste ontwikkelingen van het bedrijf.

Versterker LM7301, geproduceerd in een miniatuur SOT23-5-pakket, dat 2 keer minder oppervlakte in beslag neemt dan SOIC-8, ontworpen voor unipolaire voeding in het spanningsbereik van 1,8 V tot 32 V bij een stroomverbruik van 0,6 mA. Het heeft een "super" Rail to Rail ingang (-0,25V tot +5,25V bij +5V voedingsspanning) en een Rail to Rail uitgang en is perfect voor gebruik in allerlei soorten draagbare apparatuur, modems, PCMCIA-kaarten of laptops. enzovoort.

versterkers LMV751 en familie LMV821/2/4(single/dual/quad) ontworpen voor gebruik in draagbare RF-apparatuur, laptop-pc's, enz. LMV751 is een precisie low-noise op-amp (ruisniveau 6,5 nV / Hz Hz) met een eenheidsversterkingsfrequentie van 5 MHz en een kleine offset-spanning van 1 mV. Werkt met een enkele voeding van 2,7 tot 5,5 V en verbruikt een stroom van 0,6 mA. LMV821 bij dezelfde voedingsspanning verbruikt het 0,3 mA per kanaal, de eenheidsversterkingsfrequentie is 6,5 MHz, maar het heeft meer ruis, spanning en biasstroom. Enkele versterkers zijn verkrijgbaar in miniatuur SOT23-5 pakketten.

LMV771- geluidsarme, goedkope precisie-op-amp met een uitgebreid bedrijfstemperatuurbereik van -40 tot +125 °C. Werkt met een enkele voedingsspanning van 2,7 tot 5,5 V en verbruikt 0,6 mA stroom, wat een versterking van 100 dB oplevert bij een geluidsniveau van 9 nVnV / Hz Hz. De versterker heeft een kleine voorspanning van 0,85 mV en de temperatuurafwijking is ook genormaliseerd over het gehele temperatuurbereik van 0,35 V / ° C. Maakt common-mode-invoer mogelijk vanaf 0 V. Unity-versterkingsfrequentie is 3,5 MHz. Geproduceerd in een miniatuurkoffer SC70-5 van 2x2x1 mm.

Versterker Serie LM6132-42 Ontworpen voor gebruik in high-speed batterijgevoede apparaten. LM6132/4(Dual/Quad) - Een zelfgecorrigeerde, single-supply op-versterker die een uitstekende slew-rate-to-power-verhouding bereikt. Het voordeel van de microschakeling is ook een breed scala aan voedingsspanningen van 2,7 V tot 24 V, Rail to Rail input en output, en een hoge common-mode onderdrukkingsverhouding. Bij een eenheidsversterkingsfrequentie van 10 MHz is het stroomverbruik slechts 360 A, wat deze opamp onmisbaar maakt in draagbare apparaten zoals instrumentatieversterkers, radio-ontvangers en -zenders, beeldschermstuurprogramma's, enz. LM6142/4- vergelijkbaar LM6132/4, maar werkt over een breder voedingsspanningsbereik van 1,8 V tot 24 V, heeft een hogere versterking van 108 dB en een common-mode onderdrukkingsverhouding van 107 dB, een eenheidsversterkingsfrequentie van 17 MHz bij een stroomverbruik van 650 μA. Ze zijn verkrijgbaar in SOIC- en MDIP-pakketten, evenals in CDIP-pakketten met een bedrijfstemperatuurbereik van -55 tot 125 °C.

Opamps met superlage spanning zijn interessant LMV931/2/4(enkel/dubbel/viervoudig), werkend bij voedingsspanningen van 1,5 tot 5,5 V, gericht op gebruik in apparaten die worden aangedreven door een enkel Li-Ion-element. Dankzij het gebruik van miniatuurbehuizingen kunnen opamps eenvoudig worden geïntegreerd in mobiele telefoons en computerborden. De versterkers hebben Rail to Rail input en output, een laag stroomverbruik van 100 µA per kanaal en een eenheidsversterkingsfrequentie van 1,4 MHz. Versterking bij nulfrequentie zonder feedback 101 dB. Aangepast voor stabiele werking bij elke versterking, evenals capacitieve belastingen tot 1000 pF. Ze werken in het temperatuurbereik van -40 tot +125 °C. Single opamps zijn beschikbaar in miniatuur SC70-5 en SOT23-5 pakketten, dual opamps in MSOP-8 en SOIC-8 pakketten, en quad opamps in TSSOP-14 en SOIC-14 pakketten.

Serie versterkers LMC, vervaardigd met behulp van CMOS-technologie, behoren ook tot de categorie van low- en micropower. Hun kenmerkende eigenschap is verwaarloosbaar kleine ingangsstromen en dienovereenkomstig werken ze in elektrometrische apparaten, apparaten voor het meten van lekstromen, verschillende wetenschappelijke apparatuur, enz. Bijvoorbeeld voor een precisieversterker LMC6001 typische waarde van ingangsstroom 25 fA (f - femto 10 -15). Opmerkelijk is de techniek die het bedrijf gebruikt om nieuw vervaardigde versterkers te testen - 3 keer op rij in de eerste minuut; instrumenten met een ingangsstroom groter dan 25 fA worden afgewezen. Deze versterker heeft een zeer laag geluidsniveau van 25nV/CHz. Er is bescherming tegen elektrostatische potentiaal tot 2000 V. Wordt afgegeven in de MDIP-kast.

Het aanbod aan versterkers van de LMC-serie is vrij breed. Versterkers met laag vermogen LMC6022/4(dual/quad) zijn gemaakt met behulp van het gepatenteerde Double-Poly Silicon-Gate-proces en kunnen werken op enkel- en dubbelpolige voedingen tot 15 V. Ze hebben een Rail-to-Rail-uitgang en een laag stroomverbruik van 40 μA per kanaal . Snellere versterkers met rail-naar-rail-uitgang LMC6032/4 tegen een zeer lage prijs hebben ze een zeer hoge versterking van 126 dB. Met een stroomverbruik van 0,4 mA is de eenheidsversterkingsfrequentie 1,4 MHz en is de stijgsnelheid van de uitgangsspanning 1,1 V/µs. Laagspannings-op-amps LMC6035/6 Rail to Rail uitgangen kunnen werken op een enkele 2,7V voeding (bijv. 3x NiCd batterijen), waardoor ze zeer geschikt zijn voor zelfaangedreven draagbare systemen. Anders zijn hun parameters vergelijkbaar met LMC6022/4. Versterkers zijn verkrijgbaar in verschillende pakketten.

Micro eindversterkers LMC6041/2/4 met een stroomverbruik van 14 μA per kanaal hebben een record lage ingangsstroom van 2 fA, Rail to Rail-uitgang en kunnen werken met een enkele voeding van 4,5 tot 15,5 V, terwijl ze een uitgangsstroom leveren van maximaal 21 mA. Deze versterkers werken uitstekend in vermogensregelsystemen, stralingsdetectoren, diverse wetenschappelijke apparatuur.

Precisieversterkers hebben vergelijkbare energieparameters LMC6061/2/4, die met een lage offset-spanning van 100 V en een hoge versterking van 140 dB zeer geschikt zijn voor gebruik in zelfaangedreven instrumentatieversterkers, medische en wetenschappelijke apparatuur. Merk op dat de enkele (LMC6061) en dubbele (LMC6062) versterkers van deze serie ook verkrijgbaar zijn in CDIP-verpakkingen, terwijl het bedrijfstemperatuurbereik -55 - +125 °C is.

Snellere precisie-op-amps LMC6081/2/4 bij een eenheidsversterkingsfrequentie van 1,3 MHz en een slew rate van de uitgangsspanning van 1,5 V/μs, verbruiken ze een stroom van 0,45 mA van een unipolaire voeding met een spanning van 4,5 tot 16 V. Ze hebben ook een hoge versterking van 130dB en een lage offset-spanning van 150uV. De versterkers zijn verkrijgbaar in SOIC- en MDIP-pakketten.

Op-amps met laag vermogen LMC6482/4(Dual/Quad) - Klasse-typische Rail to Rail ingangs- en uitgangsversterkers. Ze werken in het voedingsspanningsbereik van 3 tot 15 V, verbruiken een stroom van 0,5 mA per kanaal en leveren een uitgangsstroom tot 30 mA. Ontworpen voor gebruik in verschillende apparatuur met een laag stroomverbruik. Momenteel wordt er een enkele op-amp geproduceerd LMC7101 in SOT-23-pakket met parameters vergelijkbaar met: LMC6482, en zijn verbeterde versie LMC8101 in microSMD- en miniSOIC-pakketten. Deze laatste heeft een blokkeermodus (Shutdown) met een aan-tijd van 10 s, waarbij het stroomverbruik niet hoger is dan 1 μA.

LMC6462/4- micro-power-versie LMC6482/4 met een stroomverbruik van 0,02 mA. Momenteel wordt er een enkele op-amp geproduceerd LMC7111 in SOT-23-5-pakket met parameters vergelijkbaar met LMC6462.

versterkers LMC6492/4(dubbel/viervoudig) met een uitgebreid temperatuurbereik van -55 tot +125 °C worden gebruikt in auto-elektronica. Hun parameters zijn in principe hetzelfde als voor LMC6482/4. Verkrijgbaar in SOIC-pakket.

versterkers LMC6572/4(dual/quad), ontworpen om te werken in digitale apparaten met een lage voedingsspanning en een combinatie van zeer hoge parameters te bieden - ingangsstroom van 20 fA en versterking van 120 dB met een stroomverbruik van 40 μA per kanaal en een voeding van een Bron van 2,7 V. Spooruitgang en zijn beschikbaar in MSOP-gevallen.

Ter afsluiting van het gedeelte over versterkers met laag vermogen en microvermogen, laten we eens kijken naar een superzuinige dubbele op-amp met een stroomverbruik van minder dan 1 μA per kanaal LMC6442. Het is gecorrigeerd voor apparaten met een versterking van meer dan 2 (minder dan -1) en is bedoeld voor gebruik in een brede klasse van apparatuur met een ultralaag stroomverbruik - mobiele telefoons en semafoons, bedieningssensoren, wetenschappelijke instrumenten, enz. Werkt met unipolaire voeding van 1,8 tot 11 V. Verkrijgbaar in MSOP-8 en andere pakketten.

De dubbele operationele versterker verdient speciale aandacht. LM833 speciaal ontworpen voor gebruik in hoogwaardige audioapparatuur. Het heeft een extreem breed dynamisch bereik van meer dan 140 dB bij 4,5 nV/C Hz en een extreem lage THD van 0,002%. De versterker is gecorrigeerd voor elke versterking en is ideaal voor alle soorten Hi-Fi - Hi-End apparatuur. Verkrijgbaar in 8-pins SOIC- en MDIP-pakketten.

Laten we verder gaan met een bespreking van de high-speed op-amps van National Semiconductor. Het moet gezegd worden dat het bedrijf zeer hoge resultaten heeft behaald in hun ontwikkeling en productie, en in veel opzichten superieur zijn aan vergelijkbare producten van andere fabrikanten. Merk op dat er momenteel twee soorten snelle operationele versterkers zijn - naast op-amps die zijn gebouwd volgens traditionele schakelingen met behulp van spa(VFA), versterkers met ingangstrappen - stroomversterkers met onderlinge koppelingen worden veel gebruikt. Deze versterkers worden "current feedback-versterkers - Current Feedback Amplifiers (CFA)" genoemd. De belangrijkste overdrachtsparameter van dergelijke versterkers is een coëfficiënt met de dimensie Transimpedantie-weerstand, en het bereik is allerlei pulsversterkers en videoversterkers waarvoor de gigantische ingangsweerstand van traditionele op-versterkers niet in trek is, en de maximale uitgangsspanning slew rate en unity gain frequency komen naar voren, waarvan de waarden voor CFA aanzienlijk superieur zijn aan de overeenkomstige parameters voor VFA.

We beginnen met op-versterkers die gebruik maken van conventionele VFA-schakelingen. Familie LMH6645/6/7(single/dual/single met blokkering) - laagspannings-, laagvermogen-, hogesnelheidsrail-naar-railversterkers met een stroomverbruik van 650 μA per kanaal. In de blokkeermodus (LMH6647) wordt het stroomverbruik teruggebracht tot 50 µA. Unity gain-frequentie 55 MHz, slew rate 22 V/µs, typische uitgangsstroom 20 mA. Dit zijn typische moderne versterkers in hun klasse, geschikt voor gebruik in veel elektronische apparaten.

versterkers LM6152/4, vervolgt de serie LM6132-42, ontworpen voor gebruik in op batterijen werkende apparaten met hoge snelheid. Met een stroomverbruik van 1,4 mA is de eenheidsversterkingsfrequentie 75 MHz en is de slew rate van de uitgangsspanning 30 V/µs

Hogere parameters hebben opamps LMH6642-55- relatief goedkope high-speed moderne Rail to Rail operationele versterkers met een goede verhouding tussen prestatie en stroomverbruik. Ze werken met enkel- en dubbelpolige voeding tot 12 V.

versterkers LMH6642/3/4(single / dual / quad) - dit zijn moderne high-speed op-amps met parameters die typerend zijn voor hun klasse. Stroomverbruik 2,7 mA per kanaal, eenheidsversterking 130 MHz, slew rate 130 V/µs, typische uitgangsstroom 115 mA. Snelle insteltijden en lage vervorming, effectieve kortsluitbeveiliging, Rail to Rail input en output, en balanceringspinnen maken deze IC's ideaal voor gebruik in veel moderne elektronische apparaten. Verkrijgbaar in SOIC-, miniSOIC- en SOT-23-pakketten. Kan als vervanging worden gebruikt LM6152/4.

De breedband (190 MHz, 170 V/µs) Rail to Rail enkelvoudige voedingsversterker LMH6639 kan 190 mA uitgangsstroom leveren. Er is een Shutdown-modus met een aan-tijd van 85 ns, waarbij het stroomverbruik wordt teruggebracht tot 400 μA. Gecombineerd met een snelle insteltijd van 33 ns is deze versterker zeer geschikt voor gebruik in gemultiplexte toepassingen, als bufferversterker, cd-rom-drives, enz.

Opmerkelijke snelle dubbele versterker LMH6672 met een maximale uitgangsstroom van 600 mA. De versterker is gecorrigeerd voor een versterking van 2 of meer, wat een bandbreedte van 130 MHz en een slew rate van 160 V/µs oplevert. Voedingsspanningsbereik van 5 tot 12 V, stroomverbruik 6,2 mA per kanaal. De op-amp heeft een laag geluidsniveau, er is voor balancering gezorgd. Verkrijgbaar in SOIC-, PSOP- en LLP-pakketten. Het is bedoeld voor gebruik als hoofdversterker, maar ook voor modems en soortgelijke apparaten. Kan worden gebruikt om LM6181/2, LM7171 en LM7372 te vervangen.

versterkers LMH6654/5(single/dual) hogere bandbreedte. Stroomverbruik 4,5 mA per kanaal, eenheidsversterkingsfrequentie 250 MHz, slew rate 200 V/µs, typische uitgangsstroom 180 mA. Ze hebben een laag ingangsruisniveau van 4,5 nV en 1,7 pA, een snelle insteltijd van de uitgangsspanning van 25 ns en kunnen in verschillende apparaten worden gebruikt. Verkrijgbaar in SOIC-8, SOT23-5 (LMH6654) en MSOP-8 (LMH6655) pakketten.

versterkers LMH6657/8 En LMH6682/3- relatief goedkope ultrasnelle op-versterkers met unipolaire voeding van 3 tot 12 V. Ze worden geproduceerd met behulp van de gepatenteerde VIPTM10-technologie. Ze zijn handig voor gebruik in ven cd/dvd-servodrives, omdat ze een korte insteltijd hebben en geen fase-inversie van de uitgangsspanning toestaan ​​wanneer de ingangsspanning de toegestane waarden overschrijdt (LMH6682/3), wat kan de circuits van dergelijke apparaten aanzienlijk vereenvoudigen.

versterkers LMH6657/8(single/dual) zijn gecorrigeerd voor eenheidsversterking, terwijl ze een bandbreedte van 270 MHz en een zwenksnelheid van 700 V/µs bieden. Stroomverbruik 6,2 mA per kanaal, uitgangsstroom +80/-90 mA.

versterkers LMH6682/3(dual/triple), bieden een zwenksnelheid van 940 V/µs bij een bandbreedte van 190 MHz. Opgemerkt moet worden dat deze versterkers zeer lage vervormingscoëfficiënten hebben van het type "differentiële fase" - 0,08% en "differentiële versterking" - 0,01 dB, wat erg belangrijk is voor hoogwaardige videoapparatuur. Worden in verschillende gevallen afgegeven.

Ultrasnelle versterkers met een uitgangsspanningsslew rate van meer dan 1000 V/µs zijn ontworpen voor gebruik in verschillende videoapparaten. In de LM-serie is dit: LM6171/2 En LM6181/2(enkel/dubbel), vervaardigd met behulp van gepatenteerde VIPTM11-technologie. De eerste is gemaakt volgens VFA-schakelingen en biedt, met een stroomverbruik van slechts 2,5 mA, een slew rate van de uitgangsspanning van 3600 V/μs bij een versterkingsfrequentie van 100 MHz. LM6181/2 Het is gemaakt volgens CFA-stroomterugkoppelingscircuits en levert een uitgangsspanning van +10 V bij een belastingsweerstand van 100 Ohm. De slew rate van de uitgangsspanning is 2000 V/µs bij een versterkingsfrequentie van 100 MHz. De beschreven versterkers hebben, ondanks het feit dat ze behoren tot de categorie "met een krachtige output" - High Output - de maximale waarde van de uitgangsstroom 130 mA, zeer lage vervormingen zoals "differentiële versterking" en "differentiële fase" en kan worden gebruikt in videoapparatuur van NTSC- en PAL-normen, hoogdoorlaatfilters, enz. Ze zijn ook beschikbaar in SOIC- en MDIP-pakketten.

Versterker LMH6609 ontworpen voor gebruik in analoge converters en filters. Bij een eenheidsversterkingsfrequentie van 900 MHz en een slew rate van 1400 V/µs, trekt hij 7 mA uit een enkelzijdige 10 V-voeding. De versterker is volledig gecorrigeerd, heeft een zeer laag ruisniveau van 3,1 nV/C Hz en een grote uitgangsstroom van 90 mA. Verkrijgbaar in 8-pins SOIC- en 5-pins SOT-pakketten.

Zeer lage ruis en hoge werkfrequenties hebben versterkers LMH6622-28. Voor de LMH6624 is deze parameter 0,92 nV / C Hz en 2,3 pA / C Hz, en de eenheidsversterkingsfrequentie is 1500 MHz. De versterker is gecorrigeerd voor gebruik in apparaten met een versterking van 10 of meer en is bedoeld voor gebruik in communicatietechnologie en medische apparatuur. Lage ruis en fouten zijn kenmerkend voor een dubbele breedbandversterker LMH6628, waarbij het relatieve niveau van de 2e / 3e harmonische bij een frequentie van 10 MHz respectievelijk -65 / -74 dB is, en de uitgangsspanning insteltijd met een nauwkeurigheid van 0,1% 12 ns is. Dit maakt deze versterker onmisbaar bij de ontwikkeling van high-speed analoge converters en input-output devices.

De versterker is ontworpen voor gebruik in draagbare videoapparatuur en pc-videokaarten. LM7121, geproduceerd in het SOT23-5 pakket. De versterkerparameters zijn erg hoog: de eenheidsversterkingsfrequentie is 175 MHz, de slew rate van de uitgangsspanning is 1300 V/µs. Het kan zowel werken met een unipolaire +5V-voeding als bipolair in het bereik van +5V tot +15V.

Ultrasnelle operationele versterkers hebben recordparameters LM7171(enkel) en LM7372(dubbele). Op basis van spanhebben ze de kenmerken van - zwenksnelheid van respectievelijk 4100 V/µs, eenheidsversterkingsfrequentie van 200 MHz, uitgangsstroom van 100 mA (LM7171) en 3000 V/µs, 120 MHz , 150 mA respectievelijk voor de LM7372 met een stroomverbruik van 6,5 mA per kanaal. De versterkers zijn gecorrigeerd voor een spanningsversterking groter dan 2. Met minimale differentiële versterking en fasevervormingen van 0,01% en 0,02o zijn deze versterkers zeer geschikt voor video-, kabel- en optische lijnapparatuur, radio- en televisieomroepsystemen. Worden afgegeven in verschillende soorten gevallen.

Super high speed opamp-serie LMH67xx Het is gemaakt volgens het gepatenteerde technologische proces VIPTM10 volgens CFA-stroomfeedbackcircuits en is bedoeld voor gebruik in breedbandradio- en televisiesystemen. We beginnen onze beoordeling van deze microschakelingen met: LMH6702- geluidsarme (ruisspanning gereduceerd tot de ingang 1,83 nV) opamp met een record laag niveau van harmonische (-100 dB bij 5 MHz) en intermodulatievervorming, een bandbreedte van 720 MHz en een slew rate van de uitgangsspanning van 3100 V/ µs. Dergelijke hoge parameters oriënteren de toepassing van de LMH6702 in systemen en instrumentatie met hoge resolutie. Verkrijgbaar in SOIC- en SOT-23-pakketten.

Versterker familie LMH6714/15/20/22(single/dual/locked/quad) met een bandbreedte van 400 MHz bij een versterking van 2 en een slew rate van 1800 V/μs bij een stroomverbruik van 5,6 mA zijn voornamelijk bedoeld voor gebruik in videosystemen. De uitgangsstatus met hoge impedantie van de LMH6720, geschakeld op 7ns TTL-niveau, is erg handig voor het multiplexen van meerdere hogesnelheidssignalen op een gemeenschappelijke transmissielijn. De quad-versterker LMH6722 kan effectief worden gebruikt in meerkanaals IF en actieve filters van hoge orde. Worden in verschillende gevallen afgegeven.

Versterker met enkelvoudige voeding van 4,5 tot 12 V LMH6723 combineert een hoog rendement (stroomverbruik 1 mA) met een brede bandbreedte van 370 MHz, een hoge slew rate van 600 V / µs en een grote uitgangsstroom van 110 mA, waardoor het onmisbaar is voor draagbare videoapparaten en allerlei converters, trunkversterkers, draagbare cd-dvd-spelers, enz. Verkrijgbaar in SOIC- en SOT23-pakketten.

Ter afsluiting van de sectie zullen we een breedband-op-amp overwegen LMH6732 met instelbare bandbreedte van 0 tot 1,5 GHz. Door de weerstand van één externe weerstand te wijzigen, kunt u het stroomverbruik met meer dan 10 keer variëren en de microschakeling in de stand-bymodus zetten met een stroomverbruik van 1 μA. De parameters van de microschakeling zijn uniek voor alle waarden van de verbruikte stroom: frequentieband 55 MHz, slew rate uitgangsspanning 400 V/µs, uitgangsstroom 9 mA bij een stroomverbruik van 1 mA en 540 MHz, 2700 V/µs en 115 mA respectievelijk bij een stroomverbruik van 9 mA. De versterker kan werken met enkel- en bipolaire voedingen van 9 tot 12 V. Het toepassingsgebied van de beoogde toepassingen is extreem breed - videoapparatuur, batterijgevoede systemen, schakelapparatuur, enz. Houd er rekening mee dat om de ontwerptijd voor apparaten met: LMH6732 National Semiconductor biedt er een demo board voor aan.

Een breed scala aan geïntegreerde operationele versterkers van National Semiconductor en hun lage kosten maken ze dus zeer aantrekkelijk voor een breed scala aan Russische elektronica-ontwikkelaars. Meer technische informatie is te vinden op de website van het bedrijf http://www.national.com.

Executie Kader Temperatuurbereik Voedingsspanningsbereik: Stroomverbruik per kanaal Uitgangsstroom: Invoer- en uitvoertype Invoerstroom voorspanning: Bias Spanning Temperatuur Coëfficiënt Verdienen Common-mode afwijzingsratio Invloedscoëfficiënt van instabiliteit van de voeding Eenheidsversterkingsfrequentie. Groei percentage. Ruisspanning:
voedingsspanning: I Stop ik uit In uit ik bevooroordeel U-offset Drift een vo CMRR PSRR b.w. SR het geluid
Enkel dubbel Vierling (viervoudig) pakket IN mA mA R naar R op de mV µV/C dB dB dB MHz V/µs nV/C Hz
min Max Max Max type type Max type type type type type type type
LP324 DUS, TSSOP, MDIP C ±1,5; +3.0 ±16,0; +32 0,021 4,0 uit 2,0 2,0 9,0 - 100 90 90 0,10 0,05 80
LP2902 DUS, MDIP l ±1,5; +3.0 ±13,0; +26 0,021 4,0 uit 2,0 2,0 10 - 97 90 90 0,10 0,05 80
LMV321 LMV358 LMV324 ZO, MSO, TSSOP, SC-70, ZO-23 l +2,7 +5,5 0,13 60 uit 11 1,7 7,0 5,0 100 65 60 1,0 1,0 39
LPV321 LPV358 LPV324 ZO, MSO, TSSOP, SC-70, ZO-23 l +2,7 +5,0 0,0090 17 uit 1,7 1,2 7,0 2,0 100 70 65 0,15 0,10 -
LM7301 DUS, SOT-23 l ±0,9; +1.8 ±16; +32 0,6 9,5 in en uit 90 0,03 6,0 2,0 97 90 104 4,0 1,25 36
LMV821 LMV822 LMV824 ZO, MSO, TSSOP, SC-70, ZO-23 Ext I +2,5 +5,5 0,30 40 uit 30 1,0 3,5 1,0 100 85 85 6,5 2,0 24
LMV931 LMV932 LMV934 ZO, MSO, TSSOP, SC-70, ZO-23 Ext I +1,5 +5,5 0,16 75 in en uit 15 1,0 6,0 2,0 100 78 100 1,0 0,45 45
LMV771 SC-70 Ext I ±1,5; +2.5 ± 3,0; +6.0 0,60 66 uit 0,000100 0,3 1,0 0,35 100 90 90 3,5 1,4 9,0
LMV751 SOT-23 l +2,7 +5,5 0,60 15 uit 0,001500 0,05 1,0 - 120 100 107 5,0 2,3 6,5
LMC6001 MDIP l ± 2,3; +4,5 ±7,7; +16 0,45 21 uit 0,000010 0,35 1,00 2,5 123 83 83 1,3 1,5 22
LMC6022 LMC6024 DUS l ± 2,3; +4,5 ±8,0; +16 0,04 40 uit 0,000040 1,0 9,0 2,5 120 83 83 0,35 0,11 42
LMC6032 LMC6034 DUS, MDIP l ± 2,3; +4,5 ±8,0; +16 0,38 40 uit 0,000040 1,0 9,0 2,3 126 83 83 1,4 1,1 22
LMC6035 LMC6036 DUS, TSSOP l +2,7 +16 0,40 5,0 uit 0,000020 0,50 5,0 2,3 126 96 93 1,4 1,5 27
LMC6041 LMC6042 LMC6044 DUS, MDIP l +4,5 +16 0,014 21 uit 0,000002 3,0 6,0 1,3 120 75 75 0,075 0,020 83
LMC6061 LMC6062 LMC6064 DUS, CDIP IK BEN +4,5 +16 0,020 21 uit 0,000010 0,35 0,80 1,0 132 85 85 0,10 0,035 83
LMC6081 LMC6082 LMC6084 DUS, MDIP l +4,5 +16 0,45 21 uit 0,000010 0,35 0,80 1,0 124 85 85 1,3 1,5 22
LMC6442 ZO, MSO, MDIP l +1,8 +11 0,0010 0,90 uit 0,000005 3,0 7,0 0,4 103 92 95 0,010 0,0040 -
LMC6462 LMC6464 SO, MSO, CDIP IK BEN +3,0 +15 0,020 27 uit 0,000015 0,50 1,5 1,5 124 85 85 0,050 0,015 80
LMC7111 SOT-23,MDIP l +2,7 +11 0,025 7,0 in en uit 0,000100 3,0 7,0 2,0 112 85 85 0,050 0,027 -
LMC6482 LMC6484 SO, MSO, CDIP IK BEN +3,0 +15 0,50 30 in en uit 0,000020 0,75 3,0 1,0 116 82 82 1,5 1,3 37
LMC7101 SOT-23 l +2,7 +15 0,50 24 in en uit 0,001000 3,0 7,0 1,0 110 75 80 1,1 1,1 37
LMC8101 MSMD, MSOP l +2,7 +10 0,70 49 in en uit 0,001000 0,70 5,0 4,0 80 80 80 1,0 1,0 22
LMC6492 LMC6494 DUS l +5,0 +15 0,50 22 in en uit 0,000150 3,0 6,0 1,0 110 82 82 1,5 1,3 37
LMC6572 LMC6574 DUS l +2,7 +10 0,038 6,0 uit 0,000020 3,0 7,0 1,5 120 75 75 0,22 0,09 36
LM833 DUS, MDIP C ±4,5 ±18 2,5 40 Nee 500 0,30 5,0 - 110 100 100 15 7,0 4,5
LM6132 LM6134 DUS, MDIP l +1,8 +24 0,5 4,3 in en uit 110 2,0 6,0 5,0 100 100 82 10 14 27
LM6142 LM6144 DUS, MDIP l +1,8 +24 0,8 6,2 in en uit 180 1,0 2,5 3,0 108 107 87 17 25 16
LMH6645/7 LMH6646 DUS, SOT-23 l ±2,5; +3.0 ±6,0; +12 0,70 20 in en uit 360 1,0 4,0 5,0 87 77 83 55 22 17
LM6152 LM6154 DUS, MDIP l +2,7 +24 2,0 8,0 in en uit 500 2,0 5,0 10 107 84 91 75 30 9,0
LMH6622 ZO, MSO l ±2,5 ±6,3 4,3 90 Nee 4700 0,20 1,2 2,5 83 100 95 160 80 1,6
LM6171 LM6172 DUS, MDIP l ±5; +2,7 ±16; +18 4,0 135 Nee 1000 3,0 6,0 6,0 99 110 95 100 3600 -
LM6181 LM6182 DUS, MDIP l ±3.5 ±16 7,5 130 Nee 2000 2,0 4,0 5,0 - 60 80 100 1400 4,0
LM7121 DUS, SOT-23 l ±5; +2,7 ±18; +15 4,8 52 Nee 5200 0,90 8,0 - 72 93 70 175 1300 17
LM7171 DUS, MDIP, CDIP IK BEN ±2,7 ±18 6,5 100 Nee 2700 1,0 3,0 35 81 105 90 200 4100 14
LM7372 LLP, SO, PSOP l ±4,5 ±18 6,5 150 Nee 2700 8,0 10 12 80 93 90 120 3000 14
LMH6609 DUS, SOT-23 l ±3.0 ±6,3 7,0 90 Nee 2000 0,8 3,5 - - 73 73 180 1400 3,1
LMH6624 LMH6626 ZO, MSO, CDIP, SOT-23 Ik, Ext I ±2,5; +5.0 ±6,0; +12 15 100 Nee 50 0,25 0,95 0,25 79 90 90 1500 350 0,92
LMH6628 DUS, MSO, CDIP, CPACK l ±2,5 ±6.0 9,0 85 Nee 300 2,0 5,0 5,0 63 62 70 300 550 2,0
LMH6639 ZO, MSO l ±2,5; +3.0 ±6,0; +12 3,6 160 uit 1000 1,0 7,0 8,0 100 93 96 190 170 6,0
LMH6642 LMH6643 LMH6644 DUS, SOT-23 l ±2,5; +3.0 ±6,0; +12 2,7 115 uit 1500 1,0 7,0 5,0 80 72 75 130 130 17
LMH6654 LMH6655 DUS, SOT-23 l ±2,5; +3.0 ±6,0; +12 4,5 180 Nee 5000 1,0 4,0 6,0 67 90 76 250 200 4,5
LMH6657 LMH6658 ZO, MSO, SC-70, SOT-23 l ±2,5; +3.0 ±6,0; +12 6,0 45 Nee 5000 1,1 7,0 2,0 85 82 82 270 700 11
LMH6672 SO, PSOP, LLP l ±2,5 ±6.5 6,2 600 Nee 8000 0,2 4,0 - 68 100 78 200 170 4,5
LMH6682 LMH6683* SO, MSO, TSSOP l ±2,5; +3.0 ±6,0; +12 6,5 80 Nee 5000 1,1 7,0 2,0 85 82 76 190 940 12
LMH6702 DUS, SOT-23 l ±5.0 ±6.0 12 80 Nee 6000 1,0 6,0 13 - 52 48 720 3100 1,8
LMH6714/20 LMH6722 DUS, SOT-23 l ±5.0 ±6.0 5,6 70 Nee 1000 0,2 6,0 8,0 - 58 54 400 1800 3,4
LMH6715 DUS, CDIP l ±5.0 ±6.0 5,0 70 Nee 5000 2,0 8,0 30 - 60 56 480 1300 3,4
LMH6723 DUS, SOT-23 l +4,5 +12 1,0 110 Nee 400 1,0 3,5 - - 64 60 370 600 4,3
LMH6732 DUS, SOT-23 l ±4,5 ±6.0 9,0 115 Nee 2000 3,0 8,0 16 - 62 52 540 2700 2,5
*ingebouwde versterker

National Semiconductor, opgericht in 1959, heeft een lange weg afgelegd van de productie van de eerste discrete transistors tot de meest complexe moderne micro-elektronische apparaten. Een van de prioritaire activiteiten van het bedrijf tijdens zijn bestaan ​​was de ontwikkeling van geïntegreerde operationele versterkers (op-amps).

In 1968 creëerden de ingenieurs van National Semiconductor 's werelds eerste tweetraps operationele versterker LM101, die het begin markeerde van een hele trend in het bouwen van allerlei soorten analoge elektronische apparaten. Moderne operationele versterkers van National Semiconductor komen overeen met, en overtreffen in veel opzichten het wereldniveau van apparaten van deze klasse, terwijl de prijzen aanzienlijk lager zijn dan die van andere bedrijven, waardoor ontwikkelaars een breed scala aan problemen bij het maken van verschillende elektronische apparatuur met succes kunnen oplossen.

De meeste moderne geïntegreerde operationele versterkers zijn directe versterkers met differentiële ingangen en zijn ontworpen voor symmetrische bipolaire voeding (hoewel unipolair steeds vaker wordt gebruikt). Naast twee ingangen, een uitgang en vermogensuitgangen, kan een operationele versterker ook uitgangen hebben voor balancering, correctie, programmering (bepaalde parameters instellen door de hoeveelheid stuurstroom) en andere.

Idealiter zou een opamp een oneindige spanningsversterking, oneindige ingang en oneindig kleine uitgangsimpedantie, oneindige uitgangsamplitude, oneindig versterkend frequentiebereik en nulruis moeten hebben. De parameters van operationele versterkers mogen niet afhankelijk zijn van externe factoren, voedingsspanning en temperatuur. Onder deze omstandigheden komt de overdrachtskarakteristiek van een operationele versterker die wordt gedekt door negatieve feedback (NFB) exact overeen met de overdrachtskarakteristiek van het CNF-circuit en is deze niet afhankelijk van de parameters van de versterker zelf.

Echte operationele versterkers hebben kenmerken die verschillen van de ideale, wat de reden is voor hun uitgebreide classificatie. Een echte operationele versterker is een compromis van elkaar uitsluitende vereisten met het bereiken van de beste eigenschappen in een of meer parameters, die kunnen zijn: het minimaliseren van de voorspanning en ingangsstromen, het bereiken van de maximale bandbreedte van versterkte frequenties en de slew rate van de output spanning, vermindering van de verbruikte stroom en voedingsspanning, en andere. De parameters van een operationele versterker kunnen worden onderverdeeld in verschillende groepen - invoer, uitvoer, versterking, frequentie, energie, ruis, enz. Naast de operationele parameters die de nominale temperatuurmodus van de operationele versterker bepalen, de toegestane parameters van de ingangs- en uitgangscircuits en de vereisten voor voedingen, zijn ook de maximaal mogelijke waarden van een aantal parameters erg belangrijk, waarvan het eigen risico niet is toegestaan. Momenteel is er een bepaalde (hoewel niet erg strikte) classificatie van operationele versterkers volgens een combinatie van verschillende parameters, die hun voorkeursgebruik in een bepaalde klasse van apparaten weerspiegelen. We merken ook op dat de parameters van operationele versterkers grotendeels worden bepaald door hun circuitontwerp en de gebruikte halfgeleidertechnologie.

National Semiconductor gebruikt de volgende classificatie van operationele versterkers, die gedeeltelijk tot uiting komt in de eerste twee of drie letters van de markering van door het bedrijf vervaardigde microschakelingen:

  1. Versterkers voor algemeen gebruik (algemeen gebruik - LM, LMC) - versterking tot 100 dB, voorspanning meer dan 1 mV, eenheidsversterkingsfrequentie tot 10 MHz.
  2. Laag vermogen (Low Power - LP, LPV) - stroomverbruik is minder dan 1,5 mA.
  3. Micropower (Micro Power - LP, LPV) - stroomverbruik is minder dan 25 μA.
  4. Laagspanning (LMV) - voedingsspanning lager dan 3 V.
  5. Precisie (Precisie - LMP) - winst meer dan 100 dB, offset-spanning minder dan 1 mV.
  6. Hoge snelheid (High Speed ​​​​- LMH) - een eenheidsversterkingsfrequentie van meer dan 50 MHz.
  7. Lage ruis (Low Noise) - ruisspanning minder dan 10 nV / Hz 1/2.
  8. Krachtig (hoog uitgangsvermogen) - de uitgangsstroom is meer dan 100 mA.
  9. Met uitgangs- en ingangsspanning dichtbij de voedingsspanning (rail to rail uitgang/ingang).

In Rail to Rail-versterkers valt de maximale en minimale amplitude van de uitgangsspanning praktisch samen met de overeenkomstige waarden van de voedingsspanning en zijn de toegestane waarden van de common-mode ingangsspanning gelijk aan of zelfs kan verder gaan dan de voedingsspanning. Dit laatste wordt bijvoorbeeld gebruikt in versterkers met een unipolaire voeding met de mogelijkheid om een ​​negatieve spanning op de ingang aan te leggen.

Zoals hierboven vermeld, is deze verdeling om voor de hand liggende redenen niet strikt, de letterclassificatie wordt ook niet altijd in acht genomen, de operationele versterker kan tegelijkertijd laagspanning, hoge snelheid, weinig ruis zijn, met een uitgangsspanning die dicht bij de voedingsspanning ligt , enz. Bovendien zijn operationele versterkers van hetzelfde type verkrijgbaar in verschillende pakketten, evenals twee, drie of vier versterkers in één pakket (meerkanaals) en ten slotte in versies ontworpen voor algemeen (Commercieel - C), industrieel ( Industriële - I, E) en militaire toepassingen (Militair - M), die verschillen in een aantal parameters, met name in het bedrijfstemperatuurbereik (C: 0...+70 °C; I: -40... +85 °C, E: -40... +125 °C M: -55...+125 °C).

Er moet ook worden opgemerkt dat het bedrijf, naast het beheersen van de productie van nieuwe producten, voortdurend operationele versterkers verbetert en ontwikkelt die eerder werden geproduceerd, wat bijvoorbeeld duidelijk te zien is in de bekende goedkope en zeer populaire familie van laag- power quad operationele versterkers met enkele voeding (Single Supply) LM124/224/324/2902 en stroomverbruik van 0,2–0,4 mA per kanaal. Een aantal van hun modificaties worden geproduceerd: LP324/LP2902 - micropower met een stroomverbruik van 21 A, LMV324 - laagspanning, met een voedingsspanning van 2,7 tot 5,5 V, LPV324 - micropower laagspanning met een stroomverbruik van 9 μA, vervaardigd met behulp van de eigen technologie van BiCMOS en andere .

We merken ook op dat er voor moderne operationele versterkers, net als voor andere geïntegreerde schakelingen, een tendens is om de afmetingen te verkleinen en in toenemende mate gebruik te maken van op het oppervlak gemonteerde pakketten. De voorheen wijdverbreide DIP- en TSSOP-pakketten worden vervangen door veel kleinere SOIC, SOT-23 en SC-70 (de laatste meet 2x2x1mm); een aantal chips voor oppervlaktemontage is verkrijgbaar in bijzonder kleine microSMD-pakketten met afmetingen van 1,285 × 1,285 × 0,85 mm of minder.

In ons vorige artikel hebben we gekeken naar de hogesnelheids-op-versterkers van National Semiconductor. Hier zullen we ons concentreren op andere soorten operationele versterkers die de afgelopen jaren door het bedrijf zijn uitgebracht. Laten we beginnen met de beoordeling met versterkers, waarvan de belangrijkste parameters bij een voedingsspanning van 5 V worden gegeven in tabel 1 en overeenkomen met algemene operationele versterkers.

Tabel 1. Belangrijkste parameters van moderne operationele versterkers voor algemeen gebruik National Semiconductor

Operationele versterkers voor algemeen gebruik

Zoals te zien is in tabel 1, zijn de meeste van deze versterkers laagspannings- en laag- en microvermogens in miniatuurverpakkingen, wat de moderne trends in het ontwerp van elektronische apparatuur weerspiegelt.

De LMV341/2/4-familie van operationele versterkers is ontworpen voor gebruik in draagbare apparatuur met eigen voeding. Operationele versterkers worden gekenmerkt door zeer hoge ingangsstroom- en ruisparameters. In de Shutdown-modus wordt het stroomverbruik teruggebracht tot een typische waarde van slechts 45 pA en de overgangstijd naar de bedrijfsmodus bedraagt ​​niet meer dan 5 µs. De versterkers zijn verkrijgbaar in verschillende koffers, waaronder de SC70-6L, die zeer geschikt is voor plaatsing op de moederborden van personal computers en laptops. Merk op dat deze versterkers kunnen worden gebruikt in een uitgebreid temperatuurbereik (tot 125 °C).

Een kenmerkend kenmerk van de families van operationele versterkers LMV931 / 2/4 en LMV981 / 2 (met uitschakelmodus) is een zeer lage minimale voedingsspanning van 1,8 V, en daarom zijn ze door het bedrijf gepositioneerd voor gebruik in apparatuur die wordt aangedreven door een enkele Li-Ion galvanisch element, evenals voor vermogensregelsystemen. Deze versterkers beschikken ook over Rail to Rail input en output en een zeer hoge (101 dB) gain met een relatief laag geluidsniveau, wat het mogelijk maakt om deze operationele versterkers te gebruiken in laagspanningsgevoede audioapparatuur.

De LMV321/358/324 en LPV321/358/354 op amp-families (de laagspannings- en micro-power-versies van hun respectieve super populaire LM-serie op-amps), evenals de LM2904/02 miniatuur microSMD en LP2902 op -versterkerfamilies (analogen van de LM358/324 en LP324) zijn klassiek-moderne operationele versterkers voor algemene toepassing en kunnen worden gebruikt in een brede klasse van apparaten. Merk op dat de LM2904/02 en LP2902 kunnen werken op enkele of dubbele voedingen van 3V tot 32V.

De LMV301 opamp is een CMOS-versie van de LMV321. Het beschikt over een extreem lage ingangsstroom en een lage minimale voedingsspanning naar versterkers in een klein SC70-pakket en kan worden gebruikt in sample-and-hold-apparaten, fotosensor-signaalversterkers en andere batterijgevoede apparaten.

Operationele versterkers van de LMV821/22/24-familie worden gekenmerkt door een relatief hoge snelheid (eenheidsversterkingsfrequentie 5 MHz, slew rate uitgangsspanning 1,4 V/µs) met een laag stroomverbruik. Ze hebben ook goede parameters voor voorspanning en de drift (respectievelijk 3,5 mV en 1 µV/°C). Verkrijgbaar in verschillende gevallen en ontworpen voor gebruik in communicatietechnologie - modems, draadloze en mobiele telefoons en andere apparaten.

De LMC7101 rail-to-rail input/output-op-amp en zijn micro-power-variant LMC7111 zijn miniatuur CMOS-op-amps die zijn ontworpen voor gebruik in een verscheidenheid aan draagbare toepassingen met eigen voeding. Vanwege hun zeer lage ingangsstroom kunnen ze worden gebruikt in sample-and-hold-apparaten en andere apparaten die een hoge ingangsweerstand vereisen (gegarandeerde waarde van minimaal 1 TΩ).

Opmerkelijk zijn de LM7301 opamps met Rail to Rail input en output, die zeer hoge waarden van verschillende parameters combineren, in het bijzonder een breed voedingsspanningsbereik, relatief snelle respons, hoge gain en common mode weigering, evenals CMOS op versterkers LMC8101 met de mogelijkheid om uit te schakelen. Deze versterkers zijn verkrijgbaar in miniatuur SOT-23 en microSMD-pakketten en kunnen worden gebruikt in verschillende apparaten met de juiste parameters.

De relatief krachtige en snelle op-amps LM8261/2 en LM8272 met Rail to Rail input en output en onbeperkt laadvermogen zijn ontworpen voor gebruik in drivercircuits voor LCD-schermen, DAC-uitgangstrappen, hoofdtelefoonversterkers en andere apparaten. Ze werken over een breed voedingsspanningsbereik en worden gekenmerkt door lage ruis- en vervormingsniveaus.

Geluidsarme operationele versterkers van de LMV721/2-familie zijn ontworpen voor gebruik in de ingangstrappen van versterkerapparatuur, ook op batterijen. Ze zijn verkrijgbaar in miniatuur- en open-frame-ontwerpen voor inbouw in verschillende apparaten, zoals electretmicrofoons.

Precisie operationele versterkers

Vervolgens gaan we in op de overweging van de nieuwste ontwikkelingen van operationele precisieversterkers van National Semiconductor, waarvan de belangrijkste parameters bij een voedingsspanning van 5 V worden gegeven in tabel 2. Naast de parameters van algemene operationele versterkers voor precisieversterkers , offset spanning temperatuur drift, versterking en common-mode onderdrukking factoren zijn zeer belangrijk signalen (Common Mode Rejection Ratio - CMRR) en de invloed van voedingsspanning instabiliteit (Power Supply Ripple Rejection - PSRR).

Tabel 2. Belangrijkste parameters van moderne precisie-operationele versterkers van National Semiconductor

De LMC6081/2/4- en LMC6482/4-families van op-amps met Rail to Rail-ingang en -uitgang zijn gebaseerd op CMOS-technologie en zijn typische precisie-op-amps die met een enkele voeding kunnen werken. Hun micropower-tegenhangers met een stroomverbruik van 20 A en verminderde snelheid zijn ook beschikbaar - LMC6061/2/4 en LMC6462/4. Het toepassingsgebied van deze operationele versterkers is instrumentele versterkers, signaalverwerkingsapparatuur, signaalversterkers voor piëzo-elektrische en stralingssensoren, medische apparatuur (versterkers van biopotentialen), enz.

Een onderscheidend kenmerk van de operationele versterkers van de LMC6001 is een verwaarloosbare typische ingangsstroomwaarde van 10 fA en bijgevolg het vermogen om te werken in elektrometrische apparaten, apparaten voor het meten van lekstromen, stralingsdetectoren, verschillende wetenschappelijke apparatuur, enz. De techniek die door de bedrijf om elk van de nieuw vervaardigde LMC6001-chips te testen - 3 keer op rij in de eerste minuut. Instanties met een ingangsstroom groter dan 25 fA worden afgewezen. Het voordeel van operationele versterkers is ook een laag geluidsniveau van 22 nV / Hz 1/2 en de aanwezigheid van bescherming tegen elektrostatische potentiaal tot 2000 V. Het is verkrijgbaar in MDIP-verpakkingen en een ronde MCAN glas-op-metaal-verpakking. Merk op dat het succesvolle gebruik van operationele versterkers met lage ingangsstromen alleen mogelijk is in de afwezigheid van lekstromen op het oppervlak van de printplaat. De grootte van deze stromen kan de ingangsstromen van de versterker met verschillende ordes van grootte overschrijden en daarom een ​​significante verschuiving in zijn nul veroorzaken. De uitweg is om speciale veiligheidsringen op de printplaat rond de ingangen van operationele versterkers te maken of de versterkeringangen aan te sluiten op andere circuitelementen buiten de print. Voorbeelden van printplaatpatronen voor het monteren van versterkers met ultralage ingangsstromen zijn beschikbaar op de website van het bedrijf.

LMV751 en LMV771/2/4 ruisarme operationele precisieversterkers met Rail-to-Rail-uitgang en unipolaire voeding zijn verkrijgbaar in miniatuurverpakkingen en zijn ontworpen voor gebruik in de ingangstrappen van verschillende apparatuur. Ze worden gekenmerkt door een verhoogde snelheid en lage vervorming, wat het mogelijk maakt om deze operationele versterkers te gebruiken in hoogwaardige apparatuur met laagspanningsvoeding.

Opgemerkt moet worden dat National Semiconductor speciale operationele versterkers produceert - dual LM833 en quad LM837 (niet weergegeven in de tabel) - voor gebruik in hifi-klasse audioapparatuur. Qua parameters liggen deze versterkers in de buurt van precisieversterkers en onderscheiden ze zich door een lage offset-spanning (0,3 mV), hoge versterking (110 dB), een zeer laag ruisniveau in het audiobereik (4,5 nV / Hz 1/2) en extreem kleine niet-lineaire vervorming (0,0015%). Operationele versterkers worden gecorrigeerd voor elke versterking tot aan één, en samen met hun gebruik in voorversterkers, kunnen ze worden gebruikt in een breed scala aan apparatuur om zwakke signalen te versterken.

De nieuwste prestatie van National Semiconductor is de LMP2011/2/4-reeks van betaalbare, ultranauwkeurige op-amps, gebaseerd op een unieke continue input-offset-correctietechnologie, met een verwaarloosbare offset-spanning (0,8 µV typisch) en temperatuurdrift (0,015 µV/°) VAN). In tegenstelling tot andere op-versterkers die een relatief laagfrequente chopper-stabilisatie gebruiken, wat aanzienlijke ruis en signaalvervorming veroorzaakt, heeft de LMP201x een correctiefrequentie van 35 kHz, waardoor het belangrijkste ruisspectrum kan worden overgedragen naar het hoge frequentiegebied, waardoor een zeer laag niveau ruis en vervorming in het frequentiebereik tot enkele tientallen kilohertz. In het algemeen maakt de combinatie van uitstekende eigenschappen van de LMP201x operationele versterkers, zoals ultra-lage offset en drift, zeer hoge bandbreedte en slew rate voor precisie operationele versterkers, gecombineerd met een laag geluidsniveau en een laag stroomverbruik, het mogelijk om deze microschakelingen te gebruiken in een brede klasse van apparaten met verbeterde nauwkeurigheid en temperatuurstabiliteit.

Om dit overzicht van precisie-op-versterkers af te ronden, laten we eens kijken naar een ander recent National Semiconductor-product, de LMP8270/1-familie van precisie differentiële versterkers met een vaste versterking en een ultrabreed ingangs common-mode spanningsbereik, ontworpen voor gebruik in stroom -meetapparatuur, auto-elektronica en andere circuits waarin het nodig is om het zwakke differentiële signaal te isoleren tegen de achtergrond van een zeer grote common-mode-spanning.

De structuur en het typische schakelcircuit van de LMP8271-versterker in het stroommetercircuit worden getoond in Fig. 1. Het IC bevat een eigen ingang voor niveauverschuiver en een tweetraps versterker met een totale versterking van 20. De LMP8270 heeft geen OFFSET-pin. In een typisch schakelcircuit wordt de verbinding tussen de trappen uitgevoerd via het eenvoudigste RC-laagdoorlaatfilter met een externe condensator.

Rijst. 1. Structuur en typisch schakelcircuit van de LMP8271-versterker:

De LMP8270 versterkt alleen de positieve polariteit van het ingangssignaal, terwijl de LMP8271 ook het negatieve signaal kan versterken. Het vermogen om de negatieve ingangsspanning VIN te versterken wordt bereikt door het uitgangsspanningsniveau VOUT met een constante waarde te verschuiven volgens de grafieken getoond in Fig. 2. De verschuiving wordt uitgevoerd door een stuurspanning toe te passen op een speciale ingang van de LMP8271 OFFSET-chip. Als de OFFSET-ingang is verbonden met aarde, markeert de LMP8271 alleen het positieve ingangssignaal. Wanneer de voedingsspanning Vs op de OFFSET-pen wordt aangelegd, wordt de helft van de voedingsspanning opgeteld bij de uitgangsspanning van de versterker, en dus wordt de ingang van de versterker bipolair. In principe kan elke spanning V X van 0 tot V S worden toegepast op de OFFSET-ingang, terwijl V X /2 wordt opgeteld bij de uitgangsspanning.

Rijst. Fig. 2. Afhankelijkheid van de ingangs- en uitgangsspanning van de LMP8271-versterker van het stuursignaal OFFSET

Programmeerbare operationele versterkers

National Semiconductor produceert een aantal operationele versterkers waarvan de parameters kunnen worden geregeld door de stroom te veranderen via een speciale pin van de microschakeling - de zogenaamde programmeerbare operationele versterkers. Het nieuwste model van een programmeerbare operationele versterker - de LMV422 dubbele versterker - is interessant omdat het in twee modi kan werken, normaal en economisch, terwijl natuurlijk de versterkerparameters verslechteren, maar de belangrijkste functies blijven behouden, wat erg kan zijn handig om bijvoorbeeld apparatuur in " "standby"-status te houden, over te schakelen naar back-upvoeding, enz. In de normale modus (vol; de PS-besturingspin is geaard), verbruiken de operationele versterkers een stroom van 400 μA en hebben parameters die dicht bij precisieversterkers (zie tabel 1). In de spaarmodus (Laag; er wordt meer dan 4,5 V op de PS-besturingspin toegepast), het stroomverbruik wordt teruggebracht tot 2 μA en de versterker wordt ultra-micropower. Elke chipversterker heeft zijn eigen onafhankelijke PS-besturingspin. De LMV422 opamps zijn gecorrigeerd voor een versterking van meer dan 2 en zijn verkrijgbaar in een 10-pins MSOP-pakket.

Gecombineerde apparaten

De neiging om de omvang van elektronische apparatuur te verkleinen, leidt ertoe dat ontwikkelaars verschillende gecombineerde apparaten maken op basis van operationele versterkers. Met name voor de behoeften van videoapparatuur produceert National Semiconductor sets van snelle operationele versterkers met LMH6570/2/4 multiplexers, waarvan de parameters worden weergegeven in tabel 3.

Tabel 3. Belangrijkste parameters van National Semiconductor multiplexerversterkers

De LMH6572-chip bevat drie sets 2:1 multiplexers en hoogwaardige bufferversterkers met een versterking van 2, en LMH6570 en LMH6574 - respectievelijk 2 en 4 bufferversterkers, een multiplexer en een hoogwaardige high-speed operationele versterker met zeer hoge parameters voor frequentierespons, slew rate, niet-lineaire vervorming en ruis, waardoor ze kunnen worden gebruikt in verschillende videosignaalverwerkings- en versterkingsapparaten, monitoren, meerkanaals ADC's, high-definition televisieapparatuur, enz. vervormingswaarden die specifiek zijn voor videosignalen zoals "differentiële versterking" en "differentiële fase". De structuur en het typische schakelcircuit van de LMH6570-multiplexer en de tabel met zijn statussen worden getoond in Fig. 3. De werking van de multiplexer wordt geregeld door standaard logische niveaus op de SEL- en SD-pinnen.

Rijst. 3. Structuur en typisch schakelcircuit van de LMH6570-multiplexer en zijn statustabel:

Veel voedingen en andere toepassingen gebruiken vaak op-amps in combinatie met spanningsreferenties (VRE's). National Semiconductor produceert verschillende combo-IC's die twee of meer vaste of variabele referentie-opamps bevatten. Denk bijvoorbeeld aan de LM432-microschakeling, bestaande uit twee operationele versterkers vergelijkbaar met de populaire LM358, en een vaste 2,5 V referentiespanningsbron met een uitgangsstroom tot 10 mA en een instabiliteit van niet meer dan 4 mV in het temperatuurbereik van 40 tot +85 °C. De structuur van de microschakeling wordt getoond in Fig. 4. Het bereik van zijn toepassingen kan het meest divers zijn - de eenvoudigste lineaire spanningsstabilisatoren, PWM-pulsomzetters, enz.

Rijst. 4. De structuur van de LM432-chip:

Analoge vergelijkers

Het productassortiment van National Semiconductor omvat ook een groot aantal geïntegreerde analoge comparators, die het bedrijf al vele jaren met groot succes produceert. Met name de LM139/239/339-reeks van vergelijkers voor één voeding die in 1970 werd geïntroduceerd, bleek zo succesvol dat de aanpassingen LM193/293/393/2903 en andere nog steeds door verschillende bedrijven in verschillende landen worden geproduceerd.

Naast de parameters die gemeenschappelijk zijn voor operationele versterkers voor comparatoren, is de schakeltijd (responstijd) erg belangrijk - het tijdsinterval vanaf het begin van de vergelijking van ingangsspanningen tot het moment waarop de uitgangsspanning het overeenkomstige logische niveau bereikt. Moderne laagspanningscomparators worden meestal gemaakt met behulp van BiCMOS-technologie, waarmee u hoge snelheid en weinig ruis kunt combineren met een laag stroomverbruik, en een uitgangsspanning kunt verkrijgen die dicht bij de voedingsspanning ligt. Net als op-versterkers kunnen comparators grofweg worden ingedeeld in algemeen of algemeen gebruik, hoge snelheid, microvermogen, rail-naar-rail-output, precisie, enz., en National Semiconductor gebruikt hetzelfde systeem om ze te labelen als voor op-versterkers. De belangrijkste parameters van moderne National Semiconductor-comparators bij een voedingsspanning van 5 V worden weergegeven in tabel 4.

Tabel 4. Belangrijkste parameters van moderne analoge vergelijkers van National Semiconductor

De familie van universele comparatoren, weergegeven in de eerste regel van de tabel, is gemaakt met behulp van bipolaire technologie met een uitgang in de vorm van een open collector (OC), kan worden gebruikt in een breed scala aan voedingsspanningen (zowel bipolair als unipolair) en is compatibel met verschillende soorten digitale logische apparaten in termen van uitgangsspanning: TTL, CMOS, ECL, enz. De nieuwste comparatoren van de familie zijn gemaakt in miniatuur microSMD-pakketten en zijn ontworpen voor gebruik in draagbare apparaten met eigen voeding.

De LMV331/393/339 comparators zijn een laagspanningsversie van de vorige familie, gemaakt met behulp van BiCMOS-technologie. Ze zijn gepositioneerd voor gebruik in apparaten met een unipolaire voeding van 2,7 tot 5 V.

De LP339 quad micropower-comparator is gebaseerd op bipolaire technologie en is ontworpen voor gebruik met CMOS-logische apparaten over een breed scala aan voedingsspanningen. Het is opmerkelijk dat de hoeveelheid stroom die door één comparator (15 A) wordt verbruikt, niet afhankelijk is van de voedingsspanning.

Micropower CMOS-comparators LMC7211 met push-pull-uitgang (2T) en LMC7221 met open drain (OS)-uitgang zijn verkrijgbaar in miniatuur SOT23-verpakkingen en zijn ontworpen voor gebruik in verschillende draagbare apparaten - laptops, mobiele telefoons, enz. LMC7215 en LMC7225-comparators met een stroomverbruik van slechts 0,7 μA. Deze comparators hebben Rail to Rail input en output en zijn bedoeld voor gebruik in stand-by circuits.

De nieuwste comparators van National Semiconductor zijn gebaseerd op BiCMOS-technologie en beschikken over een unieke combinatie van verschillende parameters. Moderne universele LMV7235/39 comparatoren bieden schakeltijden van 45 ns bij een stroomverbruik van 65 µA. De hogesnelheidsversie van de LMV7219 heeft een schakeltijd van 7 ns, terwijl de laagspanningsversies van de LMV7271/2/5 en LMV7291 werken op een voedingsspanning van 1,8 V. Duidelijke schakeling van de comparatoren bij het vergelijken van langzaam veranderende ingang signalen wordt gegarandeerd door de interne hysterese van het circuit. Alle vergelijkers in de LMV72xx-serie zijn verkrijgbaar in miniatuurverpakkingen.

De LMV761/2 precisie enkele en dubbele CMOS-comparators hebben een zeer lage offset-spanning en ingangsstroom bij relatief hoge snelheid. De LMV761-comparator heeft een Shutdown-modus, die het stroomverbruik tot 0,2 µA reduceert en de comparatoruitgang in een hoogohmige toestand gaat. De overgangstijd naar de bedrijfsmodus is niet meer dan 4 s. Merk op dat volgens de specificaties voor deze IC's de ongebruikte SD-uitschakelpin niet vrij mag blijven, maar moet worden aangesloten op de positieve voedingspin.

Het productportfolio van National Semiconductor omvat een reeks combinatie-IC's op basis van analoge comparators. Dit is bijvoorbeeld de LMS33460 voedingsspanningsvaldetector, die een actief (nul) niveau vormt wanneer de voedingsspanning van het apparaat daalt tot 3 V. De structuur van de LMS33460-microschakeling en een typisch circuit voor de opname ervan worden getoond in Fig. vijf.

Rijst. Fig. 5. De structuur van de LMS33460 (a) en zijn typische schakelcircuit (b)

De LMS33460-microschakeling, gemaakt in een miniatuur SC70-5-pakket, bevat een precisiereferentie, een comparator met hysterese en een open-drain-uitgangstrap. Het ingangsspanningsbereik van de microschakeling is 0,8-7 V, de hoeveelheid verbruikte stroom is niet groter dan 1 A, terwijl de schakeltijd naar de actieve toestand 70 μs is.

De juiste op-amp kiezen

Om de tijd die wordt besteed aan het selecteren en testen van operationele versterkers te verminderen, heeft National Semiconductor een handige online technologie ontwikkeld, Amplifiers Made Simple, die deel uitmaakt van de WEBENCH-softwareschil op de website van het bedrijf. De nieuwe interactieve tool heeft een krachtige zoekmachine waarmee u snel en nauwkeurig het juiste onderdeel kunt vinden tussen de massa andere producten, die elk een breed scala aan elektrische kenmerken hebben.

In de eerste fase kunt u met Amplifiers Made Simple het optimale type operationele versterker kiezen dat voldoet aan de eisen van de gebruiker. De opamps worden vervolgens doorzocht tussen National Semiconductor-producten om de opamps te vinden die het meest geschikt zijn voor die specifieke taak. Net als alle andere tools in de WEBENCH-familie, is Amplifiers Made Simple helemaal gratis. Verschillende tools van de familie zijn met elkaar geïntegreerd, wat voor extra gemak voor de gebruiker zorgt.

Met Amplifiers Made Simple hoeft de elektronica-ontwerper niet langer tijdrovende circuitberekeningen en dure fysieke prototyping te doen. De technologie biedt directe toegang tot de nieuwste SPICE-modellen, parameters en andere informatie over opamps van National Semiconductor, en stelt de gebruiker in staat om kenmerken van meerdere apparaten tegelijkertijd te vergelijken. National Semiconductor garandeert levering van alle door WEBENCH ondersteunde producten binnen 24 uur.

Het brede assortiment en de lage kosten van de geïntegreerde operationele versterkers van National Semiconductors, evenals de mogelijkheid tot online selectie, maken ze zeer aantrekkelijk voor een breed scala aan elektronica-ontwikkelaars. U kunt informatie vinden over de beschouwde operationele versterkers, evenals andere componenten vervaardigd door National Semiconductor, op http://promelec.ru/lines/nsc.html of op de website van de fabrikant www.national.com.

Literatuur

  1. Volovich G. I. Circuits van analoge en analoog-digitale elektronische apparaten. Moskou: Dodeka-XXI Publishing House. 2005.
  2. Nationaal databoek voor analoge producten. 2004 editie.
  3. Shtrapenin G. L. High-speed operationele versterkers van National Semiconductor // Chip News. 2003. nr. 10.
Stroomvoorziening

Op-Amp differentiële versterker met enkele voeding - inschakelen

Laten we beginnen met de voorwaarden om duidelijk te maken wat hieronder wordt besproken.

Een versterker is een knooppunt of zelfs een heel apparaat dat het vermogen van een elektrisch signaal dat er doorheen gaat, kan vergroten. Het woord "vermogen" wordt hier niet tevergeefs gebruikt, omdat er andere apparaten zijn die individuele stroomindicatoren verhogen - de sterkte of spanning (bijvoorbeeld transformatoren), dergelijke elementen kunnen geen versterkers worden genoemd.

Differentiële versterkers zijn een type versterkers waarbij het uitgangssignaal overeenkomt met het potentiaalverschil aan de ingangen (meestal zijn er twee ingangen, maar differentiële versterkers met één ingang worden zeer zelden gebruikt, bijvoorbeeld repeaters) verhoogd met een bepaalde factor.

Op-amp (een afkorting voor de woorden "operationele versterker", in het Engels klinkt het als een operationele versterker of OpAmp) is een ondersoort van DC differentiële versterkers die een zeer hoge versterking hebben.

Ze zijn als volgt in de diagrammen aangegeven.

Op-amp met enkele voeding

De voeding van de op-amp kan bipolair zijn (de voeding heeft een uitgang van negatief potentiaal, positief en nul) of unipolair (alleen positief potentiaal en nul worden geleverd).

De unipolaire voeding van de op-amp is veel gemakkelijker om moderne circuits te implementeren die worden aangedreven door batterijen of batterijen.

De voordelen van een unipolaire voeding van de op-amp zijn onder meer:

1. Stroomverbruik wordt verminderd (in vergelijking met bipolaire);

2. Er is slechts één stroombron nodig;

3. Het is mogelijk om efficiënte circuits te bouwen voor draagbare apparaten die werken op oplaadbare batterijen.

Daarom zijn de meeste moderne operationele versterkers ontworpen voor unipolaire voeding en werken ze in feite halfweg (bijvoorbeeld de Rail to Rail-familie).

Maar vanwege de lage nauwkeurigheid en verminderde versterking moet speciale aandacht worden besteed aan de juiste selectie van de opamp.

Vanwege het grote aanbod aan op-amps en hun functionaliteit, wordt de procedure voor het kiezen van een kant-en-klare versterker voor uw eigen behoeften behoorlijk gecompliceerd. De volgende schakeling van de toonaangevende fabrikant STMicroelectronics kan hierbij helpen.

Hier is GBR de afsnijfrequentie en Icc het stroomverbruik. Om kant-en-klare elementen van andere fabrikanten te selecteren, kunt u de zoekopdracht naar directe analogen gebruiken.

Opname van een op-amp met unipolaire voeding in circuits

Hieronder beschouwen we de meest populaire implementaties van typische OS-taken.

De eenvoudigste is het opnemen van een opamp in circuits waar het ingangssignaal relatief is ten opzichte van aarde.

De inverterende versterker ziet er als volgt uit.

Het uitgangssignaal wordt berekend met de formule:

Het circuit werkt alleen als Vin positief is.

Hieronder staat een op-amp met een voorspanning die wordt toegepast op de niet-inverterende ingang.

Een krachtigere niet-inverterende op-amp gaat zo aan.

Hier is de versterking 10 (ervan uitgaande dat R1 910 kΩ is, R2 100 kΩ en R3 91 kΩ is, wordt LM358 gebruikt als DA1). De berekening is gebaseerd op de formule k=1+R1/R2.

Differentiële versterker optie.

15.07.2019 - 08:24
Kan zijn

  • Sergey / 02/06/2019 - 23:23
    Uout \u003d (1 + 2 R1 / R2) (Uin1 - Uin2) Ik vraag me af wat de uitgangsspanning is als Uin1
  • Mobiele elektronische systemen op batterijen worden steeds gebruikelijker.
    Meestal gebruiken ze een enkele voedingsspanning van 5 V of minder. Regelingen met unipolaire
    voeding kan de complexiteit van de voeding verminderen en vaak de kosteneffectiviteit verhogen;
    apparaten.

    Operationele versterkers (op-amps) worden voornamelijk gebruikt in bipolaire circuits, omdat de ingangs- en uitgangssignalen van de op-amp meestal zowel positieve als negatieve polariteit kunnen hebben ten opzichte van de gemeenschappelijke circuitbus. In het geval dat de niet-inverterende ingang van de op-amp is aangesloten op een gemeenschappelijke bus, is er geen common-mode ingangsspanning die een fout veroorzaakt in de signaalconversie door het op-amp-circuit (Fig. 1).

    Dan is de uitgangsspanning van de opamp Vout=-Vin R2/R1.

    Als de ingangssignaalbron niet is aangesloten op een gemeenschappelijke bus (Fig. 2, a), dan beïnvloedt het potentiaalverschil Vsf tussen de gemeenschappelijke bus en de uitgang van de ingangssignaalbron de uitgangsspanning Vout=-(Vin+Vsf)R2 /R1.

    Soms is dit acceptabel, maar vaker moet de uitgangsspanning van de versterker noodzakelijkerwijs alleen worden bepaald door het ingangssignaal Vin. In dit geval wordt de op-amp gebruikt in een differentiële verbinding en wordt een bias toegepast op de tweede ingang, precies gelijk aan Vsf (Fig. 2, b). De spanning Vsf bestaat in beide ingangscircuits en daarom
    is het in-fase ingangssignaal. Het schema van de inverterende verbinding van een op-amp met een unipolaire voeding wordt getoond in Fig. 3 .

    Hier is de ingangsspanning niet gebonden aan het middelpunt van de stroombron, zoals gewoonlijk wordt gedaan in het geval van een bipolaire voeding van de op-amp, maar aan de negatieve pool van de stroombron. Deze schakeling werkt niet als de ingangsspanning positief is, omdat de uitgangsspanning in dit geval negatief moet worden en er is hier geen negatieve voeding. Voor normaal gebruik met negatieve ingangssignalen in dit circuit, moet u op-amps gebruiken waarmee de ingangen op voedingsbussen kunnen worden aangesloten. De onmisbare vereiste om de ingangen aan te sluiten op een gemeenschappelijke bus of andere referentiespanning maakt het moeilijk om circuits te bouwen op een op-amp met een unipolaire voeding. Het is het meest natuurlijk om een ​​unipolaire voeding te gebruiken voor operationele versterkers wanneer de ingangssignaalbron unipolair is, bijvoorbeeld een fotodiode (Fig. 4).

    In andere gevallen kunnen verschillende methoden worden gebruikt om de ingangs- en uitgangsspanningen van de op-amp te beïnvloeden.

    Enkele voeding op amp bias

    Op afb. 5 toont drie hoofdschema's voor het aansluiten van een biasbron met een unipolaire voeding op de op-amp.

    Het schema in afb. 5a is een inverterende opteller,

    in afb. 5, b - differentiële versterker,

    en in afb. 5c - niet-inverterende opteller.

    Over het algemeen kan de relatie tussen de ingangs- en uitgangsspanningen in deze circuits worden weergegeven door de vergelijking:

    Vuit=kVin+b . (3)

    Vergelijking (3) komt overeen met de grafiek van de statische transiënte respons van het circuit met een opamp in de vorm van een rechte lijn
    lijnen (Fig. 6).

    Tafel 1.

    In tafel. 1 toont de waarden van de constanten k en b voor vergelijking (2), overeenkomend met de schema's in Fig. vijf . Als in het diagram in Fig. 5, b verwissel de bronnen V IN en V OF , dan de onderste regel in de kolom “Fig. 5, b" tabblad. een.
    De circuits en waarden van de constanten k en b zijn zo gekozen dat voor alle mogelijke waarden van de ingangsspanning
    V IN toestand 0< V OUT < V S . (4)
    Meestal wordt k bepaald door de vereiste circuitversterking, dus de ontwerper kan alleen de circuitconfiguratie en de constante b kiezen. In meer detail wordt de offset van de op-amp met unipolair vermogen besproken in. Een typisch op-amp-schakelcircuit voor het versterken van AC-signalen aangedreven door een unipolaire bron wordt getoond in Fig. 7.

    Hier is de voorspanning de helft van de voedingsspanning. Bias-delerweerstanden kunnen hoog genoeg worden gekozen om de stroom- en ingangssignaalbronnen niet te belasten.

    Invoering van een kunstmatig nulpunt

    Het gebruik van voorspanningscircuits kan worden afgeschaft als een kunstmatig nulpunt (midden) wordt geïntroduceerd, d.w.z. een circuitpunt waarvan de potentiaal zich ongeveer in het midden tussen de potentialen van de positieve en negatieve polen van een unipolaire stroombron bevindt. Om de schakeling bipolaire signalen te laten versterken, is een ingangssignaalbron aangesloten tussen de ingang van de inverterende versterker en het kunstmatige nulpunt.
    (Afb. 8) .

    In dit geval, om uitgangsspanningsbias te vermijden, is de belasting RL aangesloten tussen de versterkeruitgang en het kunstmatige nulpunt. Dit bemoeilijkt de constructie van circuits die het nulpunt vormen.

    Op afb. 9 toont voorbeelden van schema's voor vorming van nulpuntpotentiaal. De eenvoudigste is een resistieve spanningsdeler, waarvan het middelpunt is verbonden met een kunstmatig nulpunt 0 (Fig. 9, a). In aanwezigheid van een belasting R L vloeit de belastingsstroom I L echter door een van de weerstanden van deze verdeler, waardoor een spanningsasymmetrie ontstaat tussen de polen van de stroombron en punt 0, en de mate van deze asymmetrie hangt af van de stroomsterkte
    ladingen. Het verminderen van de weerstand van de verdeler vermindert de asymmetrie van deze spanningen, maar tegelijkertijd nemen de energieverliezen in de verdeler toe.
    De schakeling met een zenerdiode (Fig. 9, b) zorgt voor een goede stabilisatie van de potentiaal van het kunstmatige nulpunt ten opzichte van de negatieve pool van de stroombron. Als zenerdiode in deze schakeling is het raadzaam om een ​​referentiespanningsbron met twee uitgangen te gebruiken (of een instelbare bron met drie uitgangen, zoals bijv.
    (TL431). Dit circuit werkt goed wanneer de op-amp de uitgangsstroom aan het dalen is, maar om het 0-puntspotentieel stabiel te houden met een significante dalende uitgangsstroom, is een weerstand met lage weerstand R nodig, die opnieuw
    veroorzaakt hogere verliezen. Soortgelijke problemen doen zich voor bij het gebruik van een spanningsstabilisator met een serieregelelement om een ​​kunstmatig nulpunt te vormen.
    De beste prestatie heeft een circuit met een operationele versterker die is aangesloten volgens een niet-inverterend volgcircuit met het middelpunt van een resistieve spanningsdeler (Fig. 9, c). In dit circuit kan de verdeler een hoge weerstand hebben, omdat deze alleen wordt belast met de ingangsruststroom van de operationele versterker. De op-amp vergelijkt de potentiaal aan de uitgang van het circuit met de potentiaal in het midden van de deler en handhaaft de spanning aan de uitgang zodat het verschil tussen de vergeleken potentialen nul is. Dit effect wordt bereikt door de werking van negatieve feedback. Bij lage ruststromen die door deze schakeling worden verbruikt (minder dan 1 mA), heeft zo'n actieve deler een uitgangsimpedantie van maximaal 1 ohm.

    Nog effectiever is het gebruik van speciale microschakelingen voor de vorming van een kunstmatig nulpunt (afb. 9, d). Texas Instruments (VS) produceert IC's van het type TLE2425. Dit IC is vervaardigd in een TO-92-pakket met drie aansluitingen van klein formaat en levert een stroom door een kunstmatig middelpunt tot 20 mA in elke richting met een stroomverbruik van niet meer dan 0,25 mA en een dynamische uitgangsweerstand van niet meer dan 0,22 Ohm. In het geval dat de belasting niet is aangesloten op een gemeenschappelijk punt van het circuit of op een van de stroombussen, kunt u de eenvoudigste optie gebruiken om een ​​kunstmatig nulpunt te vormen op een resistieve deler (Fig. 9, a), maar met een brugversterkingscircuit (Fig. 9, e).

    In dit circuit creëert de inverterende volger op OU2 een potentiaal aan de onderste pool van de belasting RL die tegenfase is ten opzichte van de potentiaal van zijn bovenste pool.Hier stroomt een stroom gelijk aan V IN / R1 naar het kunstmatige nulpunt, dus de weerstand van de weerstand R1 moet zo groot mogelijk worden genomen, anders is het mogelijk geen nulpuntsymmetrie. Bijkomende voordelen van deze schakeling: verhoging van de maximale spanningsamplitude
    bij de belasting twee keer bij dezelfde voedingsspanning en een merkbare verhoging van het rendement bij het volledige bereik van de uitgangsspanning.

    Dynamische bereikuitbreiding

    Het verminderen van de voedingsspanning van de op-amp van conventionele +15 V naar unipolaire 5 V vermindert het amplitudebereik van de ingangs- en uitgangsspanningen aanzienlijk. Het amplitudebereik kan in dit geval worden gedefinieerd als het verschil tussen de maximaal en minimaal mogelijke ingangs- (uitgangs)spanningen. Het gebruik van versterkers die zijn ontworpen voor bipolaire voeding is ook mogelijk met unipolaire voeding, maar ten eerste, met een laag potentiaalverschil tussen de voedingsaansluitingen, hebben niet alle typen van dergelijke op-amps acceptabele kenmerken (bijvoorbeeld versterking), en ten tweede, in het amplitudebereik zijn hun uitgangsspanningen relatief klein vanwege de vrij hoge verzadigingsspanningen van de eindtraptransistoren. De uitgangsspanningszwaai van conventionele versterkers voor algemeen gebruik bereikt de bovenste en onderste potentialen van de voeding niet met 1 ... 2 V bij nominale belasting. Wanneer een dergelijke versterker wordt gevoed vanuit een unipolaire 5 V-bron, zal het amplitudebereik van de uitgang 1 ... 3 V zijn. Dit betekent een ernstige afname van de signaal-ruisverhouding en een afname van de resolutie van het circuit .

    Momenteel is er voor gebruik vanuit laagspanningsvoedingen, waaronder unipolaire, een groot aantal op-amp-modellen met een volledige uitgangszwaai ("Rail-to-Rail") ontwikkeld. De uitgangsspanning van dergelijke versterkers tijdens inactiviteit kan praktisch variëren van de potentiaal van de negatieve pool van de voeding tot de potentiaal van de positieve pool.

    De schakeling van de eindtrappen van full-swing versterkers en conventionele op-amps is anders. De uitgangstrap van conventionele opamps is gebouwd volgens een gemeenschappelijk collectorcircuit op complementaire transistors (Fig. 10, a).

    Bij gebruik van een dergelijke schakelingsoplossing kan de minimale spanningsval over de uitgangstransistor in principe niet worden verminderd. Zoals volgt uit het diagram in Fig. 10, a, moet de stroombron I de collectorstroom van de transistor van de spanningsversterkingstrap VT3 en de basisstroom van de uitgangstransistor VT1 leveren. Voor een normale werking van het stroombroncircuit is een spanningsval over VT1 nodig van ten minste 1 V. De rest van de totale spanningsval valt op de uitgangstransistor. U kunt de minimale daling van de transistors van de eindtrap verminderen door de transistors in de eindtrap in te schakelen volgens het gemeenschappelijke emittercircuit (Fig. 10, b). Volgens dit schema wordt een eindtrap gebouwd, bijvoorbeeld de AD823 op-amp van Analog Devices.

    Op afb. Figuur 11 toont de verzadigingsspanning V SAT van de uitgangstransistoren van deze versterker als functie van de belastingsstroom I L voor de maximale (V S - V OH) en minimale (VOL) uitgangsspanningen. Het is duidelijk dat wanneer de versterker inactief is, de maximale uitgangsspanning bijna de voedingsspanning bereikt, en de minimale verschilt weinig van nul. Nog betere inactieve prestaties worden geleverd door versterkers waarin de eindtrap is gebouwd op complementaire MOSFET's (Fig. 10, c).
    De volledig open weerstanden van de bovenste en onderste MOSFET's van de eindtrap van het opamp-type TLC2272 van Texas Instruments zijn respectievelijk 500 en 200 ohm wanneer de versterker wordt gevoed door een unipolaire 5 V-bron.

    Als de belasting R L is aangesloten tussen de uitgang van de op-amp en het gemeenschappelijke punt van het circuit, zoals weergegeven in Fig. 4, dan is bij lage uitgangsspanningen de uitgangsstroom ook klein en is de spanning op de open onderste transistor van de versterker zeer dicht bij nul (fracties van een millivolt). Als de belastingsstroom hoog is en de belasting via een andere klem is verbonden met de plus van de voeding of een kunstmatig nulpunt, kan de spanning op de volledig open uitgangstransistor grote waarden bereiken (meer dan 1 V) . Sommige toepassingen vereisen niet alleen de volledige swing van de op-amp-uitgang, maar ook de full-swing (Rail-to-Rail) input common-mode spanning VSP (full swing input). Dit is bijvoorbeeld nodig in een niet-inverterende repeaterschakeling die een signaalsensor koppelt aan een analoog-naar-digitaal omzetter. Voor sommige toepassingen is het noodzakelijk dat het bereik van ingangssignalen 0,2 ... 0,3 V onder de potentiaal van de gemeenschappelijke bus ligt. Dit is vereist voor unipolaire voeding van de inverterende versterker, waarbij een negatieve spanning moet worden toegepast op de ingang (Fig. 3), bijvoorbeeld in het fotometercircuit (Fig. 4), waar de polariteit van de spanning aan de inverterende ingang van de op-amp iets lager is dan aan de niet-inverterende. Versterkers met full-swing ingang zijn merkbaar complexer in circuits dan conventionele. Ze hebben geen andere voordelen, behalve de mogelijkheid om te werken met een breed bereik van het ingangscommon-mode-signaal. Daarom mogen ze alleen worden gebruikt waar de volledige zwaai van de invoer echt vereist is.

    Op afb. 12, en een diagram van de differentiële ingangstrap van een conventionele op-amp wordt getoond. Het bestaat uit twee gecoördineerde structuren. Om ervoor te zorgen dat het ingangssignaal het potentiaal van de gemeenschappelijke bus bereikt, worden pnp-transistoren gebruikt.
    Met deze constructie kunt u het potentieel van een gemeenschappelijke bus op de ingang toepassen zonder de werking van de ingangstrap te verstoren. Bij
    bij een lagere common-mode ingangsspanning wordt het front-end gedrag onvoorspelbaar. Vaak is er een inversie van de ingangen, waarbij het teken van de feedback verandert, en de op-amp in de trigger-modus gaat
    (de zogenaamde "snap"). Aangezien de spanning aan de stroombron VIT in het circuit in Fig. 12 en zou niet moeten zijn
    minder dan 0,4 V (anders werkt het gewoon niet), en de basis-emitterspanning van de transistors V BE in actieve modus
    ongeveer 0,6 V is, dan moet het ingangscommon-mode-signaal minimaal 1V onder de voedingsspanning liggen.

    Op afb. 12, b toont een differentiële cascade op n-kanaals veldeffecttransistoren met een stuur-pn-overgang (JFET-transistoren). Aangezien de drempelbron-poortspanning van dergelijke transistoren -2 ... -3 V is, is het gemakkelijk om de normale werking van de ingangstrap van de op-amp te verzekeren met kleine negatieve common-mode ingangsspanningen. Dit is hoe de ingangstrap van de AD823 opamp is gebouwd met volledige uitgangszwaai. Deze versterker werkt normaal bij -1 V< V СФ < V S –1 В.

    Als de werking van de op-amp met het volledige bereik van de ingangsspanning vereist is, wordt een dubbele complementaire differentiële trap gebruikt (Fig. 12, c). De bipolaire variant getoond in Fig. 12, c, wordt gebruikt in op-amps van het type TLV245x en OP196, de CMOS-versie van dit circuit zit in de TLV247x en AD853x. Uit het diagram blijkt duidelijk dat beide differentiaalversterkers van de ingangstrap gelijktijdig worden aangestuurd. Een differentiële versterker (DU) met pnp-transistors werkt tot een maximumniveau van ingangssignalen 1 V onder de voedingsspanning. Voor normaal bedrijf van de n-p-n-versterker is een common-mode signaal van minimaal 1 V vereist, dus in de 1 V-zone V S –1 V en V SF<1 В - только один. Это обстоятельство вызывает довольно значительное изменение входных токов и напряжения смещения нуля (до 3 нА и 70 мкВ у TLV245x) при переходе через
    de grenzen van deze zones, die vervorming van het versterkte signaal kunnen veroorzaken. U kunt deze vervormingen verminderen door in serie te schakelen met de niet-inverterende ingangsweerstand RC (Fig. 3), waarvan de weerstand wordt bepaald door de formule

    Rc = R1R2/R1+R2 (5)

    In tafel. 2 toont de belangrijkste parameters (typische waarden) van sommige typen opamps die zijn ontworpen om met een enkele voeding te werken.

    Op-amp circuits met unipolaire voeding

    Lineaire spanningsregelaar:
    Een diagram van een lineaire spanningsstabilisator op een op-amp met een regeltransistor aangesloten volgens het circuit met OK wordt getoond in Fig. 13, een.

    Het circuit bevat een op-amp aangesloten volgens het circuit van een niet-inverterende versterker met negatieve spanningsterugkoppeling, een referentiespanningsbron V REF en een regulerende n-p-n-transistor VT die in serie is geschakeld met de belasting. De uitgangsspanning V OUT wordt bestuurd door een negatieve terugkoppeling die is gemaakt op een resistieve deler R 1 R 2 . De opamp speelt de rol van een foutversterker. De fout hier is het verschil tussen de referentiespanning V REF gegeven door de referentiespanningsbron (ION) en
    deler uitgangsspanning R 1 R 2

    ΔV = V REF - V UIT R1/R1+R2. (6)

    De operationele versterker wordt gevoed door een unipolaire positieve spanning. Tegelijkertijd kunnen operationele versterkers die zijn ontworpen voor +15 V bipolaire voeding, worden gebruikt in stabilisatorcircuits.
    met een ingangsspanning tot 30 V. De gestabiliseerde uitgangsspanning wordt van onderaf begrensd door de minimale common-mode ingangsspanning van de op-amp, en van bovenaf door de som van de verzadigingsspanning van de op-amp en de verzadiging spanning van de basis-emitter van de regulerende transistor, dwz de minimaal toelaatbare ingangs-uitgangsspanning van de stabilisator bij gebruik
    conventionele opamps zullen groot zijn (ongeveer 3 V). Op afb. 13, b toont een diagram van een stabilisator met een verlaagde ingangs-/uitgangsspanning (de zogenaamde LDO-stabilisator). Hier staat de regeltransistor aan
    volgens het schema met OE, dus er kunnen problemen zijn met de stabiliteit. Minimaal toegestane ingangs-/uitgangsspanning
    deze schakeling wordt alleen beperkt door de verzadigingsspanning van de collector-emitter van de regeltransistor VT.

    precisie gelijkrichter

    Opmerkelijk in eenvoud, het circuit van een full-wave precisiegelijkrichter wordt getoond in Fig. veertien.

    Het bevat helemaal geen diodes. In dit circuit kunnen echter alleen op-amps met een volledig bereik van ingangs- en uitgangsspanningen (rail-naar-rail) worden gebruikt. Versterkers worden noodzakelijkerwijs gevoed door een unipolaire bron. Als V IN > 0, dan werkt de op-amp als een niet-inverterende volger. In dit geval werkt de OU2-versterker in differentiële modus en V OUT \u003d V IN. Bij VIN<0 усилитель ОУ1 уходит в отрицательное насыщение, напряжение на его выходе становится равным нулю (питание однополярное!). Тогда усилитель ОУ2 переходит в режим инвертирующего повторителя, поэтому V OUT = –V IN . Как следствие, V OUT = |V IN |.

    Versterker op-amp 2 werkt altijd in lineaire modus, en het potentieel van de niet-inverterende ingang op-amp bij V IN<0 становится ниже потенциала отрицательного полюса источника питания. Не все операционные усилители это допускают. Например, сдвоенный ОУ ОР291 как нельзя лучше подходит для этой схемы. Его входы защищены от дифференциального перенапряжения встречно-параллельно включенными диодами, причем в цепи баз входных транзисторов включены резисторы сопротивлением в 5 кОм. Это позволяет усилителю выдерживать при однополярном питании входное синфазное напряжение до –15 В. В этом случае резистор R1 можно не включать. Иное дело - сдвоенный усилитель ОР296. Он не имеет защитных резисторов, и при его применении в этой схеме необходимо включать резистор R1=2 кОм.
    De fabrikant adviseert voor deze schakeling bij een voeding van 5 V een ingangssignaalbereik van ±1 V. Doordat de op-amp 1 er lang over doet om uit verzadiging te komen, blijkt het frequentiebereik van de schakeling vrij smal zijn - voor de op-amp OP291 is het 0 ... 2 kHz.

    Stroommeetcircuit:

    Om hoge stromen in een lijn onder een relatief hoge potentiaal te meten, wordt de schakeling getoond in Fig. 15 .

    De stroom die door de belasting vloeit, creëert een spanning VIN over de shunt Rsh, die hier de stroomsensor is. We gaan ervan uit dat de OU ideaal is. Dan vloeit er geen stroom door de inverterende ingang van de versterker, en aangezien de spanning tussen de differentiële ingangen van de versterker nul is, wordt de spanning V IN aangelegd aan de linker weerstand R. De stroom door de weerstand R en de collector van de transistor VT

    l c \u003d V IN /R \u003d l L R w /R (7)

    Als we de basisstroom van de transistor verwaarlozen, vinden we de uitgangsspanning van het circuit

    V UIT \u003d l C R T \u003d l L R T R w / R (8)

    Het is dit schema waaruit de Burr-Brown INA168-stroommeter is gemaakt (de kristalgrenzen worden in Fig. 15 weergegeven met een stippellijn). Het staat tot 60 V common-mode ingangsspanning en een shuntspanningsversterking tot 100 toe. De stroom die door het IC wordt getrokken is slechts 50 µA. De LT1787-microschakeling met een vergelijkbaar doel is symmetrisch gebouwd, omdat deze een versterker met differentiële in- en uitgangen en een belasting in de vorm van een stroomspiegel bevat. Toegestane common-mode-spanning is ook 60 V. Dynamisch bereik -12 bits (72 dB). De MAX471 stroommeterchip heeft een shuntweerstand op de chip, ontworpen voor een stroomsterkte tot 3 A, terwijl de MAX4372 zo'n weerstand niet heeft, maar de conversiefout is niet groter dan 0,18%.

    D/A-omzetter
    met spanningsuitgang

    Een combinatie van een stroomuitgangs-DAC, zoals de 12-bits AD7541A, en een full-swing opamp wordt getoond in figuur 1. 16 .

    Hier wordt de inverse opname van de resistieve matrix R-2R gebruikt. De op-amp is aangesloten volgens het schema van een niet-inverterende versterker met een versterking van 2. TL431 kan worden gebruikt als referentiespanningsbron. De uitgangsspanning van het circuit wordt gegeven door

    VOUT = 2V REF /4096*DI, (9)

    waarbij DI de invoercode is.

    conclusies

    Bipolaire aangedreven op-versterkers kunnen werken in circuits met één bron, maar hun ingangs- en uitgangsbereik kan te smal zijn. Op-amps die zijn ontworpen om met een enkele bron te werken, kunnen op hun beurt ook werken in circuits met een bipolaire voeding. Het is alleen nodig dat het potentiaalverschil tussen de positieve en negatieve bron de maximaal toegestane voedingsspanning voor dit type versterker niet overschrijdt. Als het nodig is om AC-signalen te versterken, is het raadzaam om bij een unipolaire voeding voorspanningscircuits en koppelcondensatoren te gebruiken (Fig. 7).
    Als het DC-ingangssignaal bipolair is, kunnen biascircuits worden gebruikt, maar dit is handiger
    inleiding tot het circuit van een kunstmatig nulpunt. Als het de bedoeling is om met ingangssignalen onder het gemeenschappelijke buspotentiaal met een enkele voeding te werken, moeten zo nodig maatregelen worden genomen om de versterkeringangen te beschermen.

    Georgi Volovich,
    [e-mail beveiligd]

    Literatuur
    1. Mancini R. Ontwerptechnieken voor opamps met enkele voeding // Applicatierapport SLOA030. - Texas Instrumenten
    IncoRporated. - oktober 1999. - 23 p.
    2. Volovich G. Stabiliteit van lineaire integrale spanningsstabilisatoren. - Circuit, 2001. Nr. 11.