Генератор на оу с однополярным питанием: Генераторы гармонических сигналов на операционных усилителях — Мир Антенн

Содержание

Приборы промышленной автоматики МикРА — impuls2.htm

5. Лабораторная работа № 2 «Одновибраторы».

Одновибраторами называют спусковые релаксационные устройства с одним устойчивым и одним квазиустойчивым состоянием, которые в ответ на внешний запускающий импульс генерирует выходной с требуемыми параметрами (полярность, уровни выходных сигналов U⁰₂, U¹₂, длительность t_и).

В лабораторную установку входят: учебно — лабораторный стенд «ИМПУЛЬС», генератор импульсов Г5-54 и осциллограф С1-55. При измерениях используется внешняя синхронизация осциллографа от генератора прямоугольных импульсов.

5.1. Одновибратор на операционном усилителе.

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства одновибратора на основе операционного усилителя (ОУ), определить влияние параметров компонентов схемы на параметры одновибратора.

Описание исследуемой схемы.

Исследуемый одновибратор построен на основе операционного усилителя DА1 типа LM 224 (рис. 5). Операционный усилитель охвачен резистивной ПОС (R4, R3, R2) и резистивно-емкостной ООС (R5, R6, C2, C3). Запаздывающая ООС является времязадающей цепью одновибратора. Диод VD2 обеспечивает заторможенное состояние схемы, в котором ОУ находится в режиме отрицательного ограничения. Входные импульсы поступают на ОУ через деференцирующую цепь R1, C1, VD1. В схеме используется ОУ с однополярным питанием 5В. Для правильной его работы нужна виртуальная земля, которая получается применением делителя напряжения на резисторах R11, R12.

Рис. 5

Выполнение лабораторной работы.

1. Включить питание стенда кнопкой «Сеть»

2. Переключателем лабораторных работ, который находится на задней панели, включить лабораторную работу №2 «Одновибраторы».

3. Определить амплитуду U₁_mи длительность t_вхвходного импульса положительной полярности, обеспечивающего устойчивый запуск одновибратора с частотой 1 кГц.

4. Снять и построить временные диаграммы работы одновибратора (гнезда КТ1, КТ2, КТ3, КТ4) для входного импульса минимальной длительности.

5. По временным диаграммам определить параметры выходного импульса U⁰₂, U¹₂, t¹⁰_ф, t⁰¹_ф, t_и. Результаты измерений свести в таблицу 5.

6. Определить длительности выходного импульса одновибратора для возможных комбинаций времязадающей цепи.

7. Исследовать влияние коэффициента передачи цепи ПОС (переключатель П2) на длительность выходного импульса при максимальной τ = RC цепи ООС. Результаты измерений свести в таблицу 6.

5.2. Одновибратор на основе логических схем.

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства одновибратора на основе логических схем (ИС) типа И-НЕ, определить зависимость параметров одновибратора от компонентов схемы.

Описание исследуемой схемы.

Исследуемый одновибратор построен на основе логических ИС DD1 (рис. 5) типа CD4011, реализующих логическую функцию И-НЕ. Для запуска на схему следует подать короткий положительный импульс. После вентиля DD1.3, выполняющего функцию инвертора, отрицательный импульс поступает на запуск одновибратора, построенного на вентилях DD1.1, DD1.2. Вентили DD1.1, DD1.2 замкнуты емкостной (С4, С5) и непосредственной связями в контур, в котором действует ПОС. Временные параметры одновибратора определяются RC цепью из R7, R8, C4, C5, коммутируемых переключателями П4 и П5.

Выполнение лабораторной работы.

1. Снять и построить временные диаграммы работы (гнезда КТ5, КТ6, КТ7). Для этого на вход Ген. необходимо подать положительный импульс с амплитудой U₁_m=2,8…4В, длительностью t_вх=2 мкс и частотой 1 кГц

2. По временным диаграммам выходных импульсов определить параметры U⁰₂, U¹₂, t¹⁰_ф, t⁰¹_ф, t_и. Результаты измерений свести в таблицу 7.

3. Определить длительности выходных импульсов одновибратора для возможных комбинаций времязадающей цепи. Результаты измерений свести в таблицу 8.

5.3. Одновибратор на основе специализированной интегральной схемы.

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства одновибратора на основе специализированной ИС типа СD4098, определить зависимость параметров одновибратора от компонентов схемы.

Описание исследуемой схемы.

Исследуемый одновибратор построен на основе специализированной ИС DD2 типа CD4011 (рис.5). Для запуска на схему следует подать короткий положительный импульс.. Временные параметры одновибратора определяются RC цепью из R9, R10, C6, коммутируемых переключателем П6.

Выполнение лабораторной работы.

1. Снять и построить временные диаграммы работы (точки КТ5, КТ8). Для этого на вход необходимо подать положительный импульс с амплитудой U₁_m=2,8…4В, длительностью t_вх=2 мкс и частотой 1 кГц. Использовать внешнюю синхронизацию.

2. По временным диаграммам выходных импульсов определить параметры U⁰₂, U¹₂, t¹⁰_ф, t⁰¹_ф, t_и. . Результаты измерений свести в таблицу 9.

3. Определить длительности выходных импульсов одновибратора для возможных комбинаций времязадающей цепи. Результаты измерений свести в таблицу 10.

6. Лабораторная работа № 3 «Генераторы».

Генераторы – автоколебательные устройства, генерирующие последовательность импульсов, амплитуда U₂_m, частота f_ги скважность Q которых задаются параметрами входящих в схему электронных компонентов.

В лабораторную установку входят: учебно — лабораторный стенд «ИМПУЛЬС», осциллограф С1-55 и вольтметр Щ4300. При измерениях используется внутренняя синхронизация осциллографа выходным сигналом генератора.

6. 1. Генератор на операционном усилителе.

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства генератора на основе ОУ, определить влияние параметров компонентов схемы на параметры генератора.

Описание исследуемой схемы.

Исследуемый генератор (рис.6) построен на основе операционного усилителя DA1 типа LM224. Операционный усилитель (ОУ) охвачен резистивной ПОС (резисторы R4, R5, R1) и резистивно-емкостной ООС (R2, R3, C1, C2). Под действием ПОС схема регенеративно переключается в одно из двух возможных квазиустойчивых состояний, в которых ОУ находится в режиме ограничения. Скорость перезаряда конденсаторов цепи ООС коммутируется переключателями П1 и П3, а уровень перезаряда – переключателем П2.

Рис. 6

Выполнение лабораторной работы.

1. Включить питание стенда кнопкой «Сеть»

2. Переключателем лабораторных работ, который находится на задней панели, включить лабораторную работу №3 «Генераторы».

3. Снять и построить временные диаграммы работы генератора (гнезда КТ2, КТ3, КТ4). Для наблюдения осциллограмм в точках КТ2, КТ3 использовать «закрытый» вход осциллографа, а в КТ4 – «открытый».

4. По временным диаграммам определить параметры генератора: U⁰₂, U¹₂, t⁰¹_ф, t¹⁰_ф, Т₁, Т₂, скважность Q = Т₁/ (Т₁+ Т₂), где Т₁ — длительность положительного полупериода и частоту f_г= 1 / (Т₁+ Т₂) Результаты измерений свести в таблицу 11.

5. Определить частоту генерации и скважность выходных импульсов генератора для четырех вариантов частотозадающей цепи (П1, и П3) при двух значениях коэффициентов передачи в цепи ПОС (П2). Результаты измерений свести в таблицу 12.

6.2. Генератор на основе таймера.

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства генератора на основе таймера, определить влияние параметров компонентов схемы на параметры генератора.

Описание исследуемой схемы.

Исследуемый генератор построен на основе интегрального таймера DD1 типа TS555.

При включении конденсатор С3 заряжается через резисторы R6 и R7 до уровня 2/3 U_{п .}При этом на выходе таймера (КТ6) установится напряжение логической «1». При превышении этого напряжения срабатывает внутренняя схема управления таймера, которая соединяет вывод «РАЗР» с землей и устанавливает на выходе (КТ6) уровень логического нуля. При этом конденсатор С3 будет разряжаться через резистор R6. При достижении напряжения на конденсаторе С3 уровня 1/3 U_псрабатывает внутренняя схема управления таймера, которая устанавливает выход таймера (КТ6) в состояние логической единицы и отсоединяет вывод «РАЗР» от земли. Конденсатор С3 снова заряжается через резисторы R6 и R7 до уровня 2/3 U_п.

Выполнение лабораторной работы

1. Снять и построить временные диаграммы работы генератора (гнезда КТ5, КТ6).

2. По временным диаграммам определить параметры генератора: U⁰₂, U¹₂, t⁰¹_ф, t¹⁰_ф, Т₁, Т₂, скважность Q = Т₁/ (Т₁+ Т₂), где Т₁ — длительность положительного полупериода и частоту f_г= 1 / (Т₁+ Т₂). Результаты измерений свести в таблицу 13.

3. Определить частоту генерации и скважность выходных импульсов генератора для четырех вариантов частотозадающей цепи (П4 и П5). Результаты измерений свести в таблицу 14.

6.3. Генератор на основе специализированной интегральной схемы

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства генератора на основе специализированной интегральной схеме, определить влияние параметров компонентов схемы на параметры генератора.

Описание исследуемой схемы

Исследуемый генератор построен на основе интегральной схемы DD2 типа CD4046, которая представляет собой генератор управляемый напряжением. Частота генерации определяется элементами R9,R10, C5, C7. При изменении управляющего напряжения регулятором U вх., изменяется частота выходных импульсов генератора (КТ7).

Выполнение лабораторной работы

1. Снять и построить временную диаграмму работы генератора ( КТ7). При этом установить регулятором U вх. управляющее напряжение равное 2,5 В.

2. По временной диаграмме определить параметры генератора: U⁰₂, U¹₂, t⁰¹_ф, t¹⁰_ф и частоту f_г. Результаты измерений свести в таблицу 15.

3. Определить зависимость частоты генерации f_г от управляющего напряжения U вх и коэффициент перестройки частоты К = f_max_/ f_min для трех вариантов времязадающей цепи (П6, П7). Результаты измерений свести в таблицу 16. Диаграммы зависимости частоты генерации от управляющего напряжения согласно п. 3 построить на общем графике в логарифмическом масштабе.

<Назад

звуковой ГУН на операционных усилителях MBS Electronics

Управляемый Напряжением Генератор (ГУН, VCO — Voltage Controlled Oscillator) — это генератор , частота выходного сигнала которого зависит от величины напряжения, подаваемого на специальный управляющий вход. Такие генераторы могут работать в разных частотных диапазонах, например, они издавна используются в радиочастотном диапазоне для настройки УКВ приемников.

В контексте данной статьи нас интересует ГУН, работающий в звуковом диапазоне. Такой генератор необходим для построения различных электронных музыкальных инструментов, таких как аналоговые музыкальные синтезаторы или синтезаторы звуков ударных инструментов. Кроме того, звуковой ГУН можно использовать в измерительном генераторе качающейся частоты, который, совместно с осциллографом, позволяет снимать амплитудно-частотные характеристики звуковых трактов, например усилителей, фильтров и т. д.

Чаще всего современный ГУН строится на основе специализированных микросхем, таких как NE566 или аналогичных. Если у вас нет такой микросхемы но необходим управляемый генератор, то его можно построить на основе операционных усилителей и транзисторов общего применения. нужно однако иметь в виду, что простые схемы ГУН на дискретных элементах часто имеют проблемы с термостабильностью (если не принимать специальных дополнительных мер для термостабилизации).

Самый дешевый ГУН можно создать на очень распространенной ОУ типа LM358. Это очень дешевое решение и его можно использовать если вам нужны частоты не выше 5 килогерц. Подобный ГУН на LM358 не очень хорошо работает на более высоких частотах. Дело в том, что LM358 — это маломощный операционный усилитель с очень простыми характеристикам. Однако, на этой микросхеме легко реализовать низкочастотный ГУН, для которого требуется только один источник питания +5ВВ…+15В. Схема такого ГУН с однополярным питанием приведена ниже:

Схема построена по известной структуре «интегратор-компаратор» и имеет два выхода, выход треугольного сигнала и выход прямоугольного сигнала.

Если вам нужен синусоидальный сигнал, необходимо применить дополнительный узел преобразования треугольного сигнала в синусоидальный, например такой как на схеме в конце статьи.

Как работает схема ГУН?
На первом ОУ U1A построен интегратор, на втором U1B — компаратор. Электронный ключ построен на транзисторе Q1.

Интегратор (U1A) интегрирует поступающее на вход управляющее напряжение. Когда плавно увеличивающееся напряжение на выходе интегратора достигает порогового уровня, компаратор U1B переключается в противоположное состояние и переключает ключ на транзисторе Q1. При этом начинается обратное интегрирование и на входе интегратора появляется линейно спадающее напряжение. Это продолжается до момента следующего переключения компаратора, после чего цикл повторяется.

Резисторы во входных цепях предназначены для обеспечения идентичности положительного и отрицательного времени интегрирования, поэтому, R3A и R3B включены параллельно (так как точное половинное значение недоступно в большинстве серий резисторов).

Сигнал на выходеU1A представляет собой очень линейную треугольную волну. Частотный диапазон определяется емкостью конденсатора C2 и номиналами всех резисторов во входных цепях, но первичными частотозадающими резисторами являются R2 и R3 (A и B). Соотношение R1 и R4, а также R2 и R3 должно быть таким, как показано для треугольной волны. Если точные соотношения не поддерживаются, форма волны станет пилообразной с разными временами подъема и спада.

U1B — это компаратор (триггер Шмитта). Его выходное состояние меняется скачкообразно когда входное напряжение достигает верхнего или нижнего порога. Положительная обратная связь в компараторе используется для обеспечения того, чтобы треугольная волна имела определенный размах напряжения. Источник питания должен быть стабилизированным, иначе амплитуда двух выходов будет изменяться в зависимости от напряжения питания. При напряжении питания 12 В треугольная форма волны будет иметь амплитуду 3,6 В от пика до пика с центром на половине напряжения питания.

Половина напряжения питания устанавливается делителем напряжения на резисторах R9 и R10.

Нет простого способа определить выходную частоту генератора, потому что она зависит от параметров входной цепи (особенно R2 и R3A, R3B) и C2. Кроме того, частота также зависит от пороговых напряжений компаратора (U1B). Резисторы R6 и R7 устанавливают порог, на который также влияет выходное напряжение U1B. Все это также немного зависит от сопротивления нагрузки и температуры микросхемы. При показанных значениях и в среднем положении движка VR1 частота составляет примерно 292 Гц. Согласно симулятору, зависимость частоты от входного напряжения — примерно 55 Гц на один вольт. Это означает, что если входное напряжение составляет 1 В, выходная частота составляет 55 Гц, 110 Гц для 2 В, 165 Гц для 3 В и так далее. В зависимости частоты от напряжения присутствует некоторая нелинейность. Наихудшая линейность будет при значениях входного напряжения близких к нулю или напряжению питания.

Если вам требуется прецизионный ГУН, то потребуется схема полной температурной компенсации. Таким образом, данную схему можно рассматривать как ГУН общего назначения.

Лучшая производительность может быть получена при замене ОУ на TL072 (или любой другой достаточно быстрый операционный усилитель) с использованием двуполярного источника питания. Поскольку большинство из таких ОУ не могут снизить выходное напряжение до уровня отрицательного источника питания, нам необходимо добавить дополнительный резистор (R9, см. рис. ниже), чтобы гарантировать, что транзистор (Q1) будет включаться и выключаться должным образом. Q1 можно заменить полевым МОП-транзистором с малым сигналом, таким как 2N7000, но реального преимущества нет. Однако использование 2N7000 или аналогичного может незначительно улучшить симметрию формы сигнала, поскольку его сопротивление ниже, чем у биполярного транзистора.

В данной схеме ГУН работает от двуполярного источника питания, однако особой выгоды от этого мы не получаем, так как это никаким образом не упрощает схему, кроме того, что это позволяет напрямую поддавать модулирующий сигнал.

В среднем положении движка VR1 в этой версии частота составляет около 296 Гц, а чувствительность модуляции составляет около 28 Гц/В . Чувствительность уменьшена вдвое, поскольку эффективное напряжение питания было увеличено вдвое по сравнению с версией с одним источником питания.

Выходные сигналы U1A и U1B более или менее симметричны относительно нуля. Начальная частота может быть установлена потенциометром VR1, а сигнал модуляции симметричен относительно нуля. Если цепь источника имеет непосредственную связь (если закоротить конденсатор C1), она должна обеспечивать некоторый ток. В среднем положении потенциометра входное напряжение не будет нулевым (как может показаться на первый взгляд). Напряжение будет около -1,3 В, и для получения линейного изменения частоты источник модулирующего напряжения должен иметь низкий выходной импеданс. При желании входной сигнал может подаваться через буфер на дополнительном операционном усилителе, но для большинства приложений в этом нет необходимости.

Если вход модуляции подтянут к земле (например, если подается постоянный ток от другого операционного усилителя), базовая частота будет увеличена примерно до 330 Гц. Цифра 296 Гц выше применима только тогда, когда сигнал модуляции имеет емкостную связь, как показано на схеме, и допускает смещение -1,3 В постоянного тока.

Преобразователь треугольного сигнала в синусоидальный

Для многих приложений, особенно таких, как сканирование частот динамиков или кроссоверных сетей, вам обычно требуется по крайней мере разумное подобие синусоидлального сигнала. Следующая схема сделает именно это, но это не точная схема. Уровень выходного сигнала (и искажения) будут меняться в зависимости от температуры. В большинстве случаев это не является серьезным ограничением, но вряд ли вы получите низкий коэффициент искажений. Он будет примерно на уровне 1,5% THD (преимущественно нечетные гармоники).

Преобразователь треугольного сигнала в синусоидальный

Следующая схема сделает именно это, но это не точная схема. Уровень выходного сигнала (и искажения) будут меняться в зависимости от температуры. В большинстве случаев это не является серьезным ограничением, но вряд ли вы получите низкий коэффициент искажений. Он будет примерно на уровне 1,5% THD (преимущественно нечетные гармоники).

Схема использует свойство нелинейности вольт — амперной характеристики полупроводниковых диодов. четыре диода используются для ограничения треугольной волны таким образом, чтобы получить минимальные искажения. Подстроечный резистор VR1 используется для обрезки искажений, но очень маловероятно, что вы сможете получить THD намного ниже 2%, потому что схема ограничителя значительно упрощена. Многие ИС функциональных генераторов используют расширенную версию диодного ограничителя для уменьшения искажений (но с гораздо более сложной схемой), но, несмотря на усложнение схемы, результат редко бывает лучше, чем 0,5.

Если вы не слишком беспокоитесь о минимизации искажений. просто используйте пару резисторов 2,2 кОм (обозначенных как «Alternate Divider», R1A и R2A). Схема, показанная на рисунке, рассчитана на входное напряжение около 8 В (пик-пик). Именно такой сигнал выдает ГУН на второй схеме. Если вы используете первую версию с одним источником питания, можно подавать сигнал на диодный ограничитель через конденсатор на 10 мкФ и одиночный резистор 1к. Просто удалите из схемы элементы VR1, R1A и R2A и подключите R1 напрямую к диодам.

Материал переведен с английского MBS Electronics. Источник https://sound-au.com/project162.htmhttps://sound-au.com/project162.htm

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НА ОУ В УСТРОЙСТВАХ НА МИКРОСХЕМАХ

Функциональные генераторы предназначены для синхронного формирования сигналов синусоидальной, прямоугольной и пилообразной формы в области частот, обычно не превышающей единиц мегагерц.

Схема типового функционального генератора

Функциональный генератор или генератор, способный одновременно генерировать сигналы прямоугольной и пилообразной формы, обычно состоит из двух частей (рис. 36.1):

♦ неинвертирующего триггера Шмитта на микросхеме DA1;

♦ интегратора на микросхеме DA2.

Интегратор на микросхеме DA2 интегрирует напряжение, снимаемое с выхода триггера Шмитта на микросхеме DA1. Напряжение на выходе интегратора нарастает (прямой ход «пилы»). Когда выходное напряжение интегратора превысит порог переключения триггера Шмитта, происходит его скачкообразное переключение, напряжение на выходе триггера сменит знак.

Напряжение на выходе интегратора начнет изменяться в обратную сторону (спадающий участок «пилы»). Спад напряжения происходит до тех пор, пока это напряжение не сравняется со вторым, нижним, порогом срабатывания триггера Шмитта. Произойдет очередное его переключение, и процесс будет периодически повторяться.

Период генерируемых колебаний можно вычислить из приближенного выражения

Примечание.

Таким образом, частота генерируемых сигналов прямо пропорционально ‘ зависит от произведения RC-элементов интегрирующей цепочки R3C1 и не зависит от напряжения питания. С выходов генератора можно одновременно снимать сигналы прямоугольной и треугольной формы.

Несколько усложнив схему функционального генератора, можно получить на его выходе сигнал и синусоидальной формы. Обычно для

получения такого сигнала используют сигнал треугольной формы с его последующей обработкой.

Рис. 36. Ί. Схема типового функционального генератора (фрагмент)

Функциональный генератор по типовой схеме (рис. 36.2) выполнен двух операционных усилителях в однокорпусном исполнении

Рис. 36.2. Схема функционального генератора

[36.1]. При С 1=4,7 нФ частота генерации — 30 кГц, при 0=47 нФ —

20 Гц. Напряжение питания генератора может варьироваться в пределах 4,5—18 В.

Функциональный генератор (рис. 36.3) при изменении величины управляющего напряжения в пределах от 0,25 до 50 В синхронно изменяет частоту выходных сигналов прямоугольной и пилообразной формы в пределах от 700 Гц до 100 кГц [36.2].

Рис. 36.3. Схема широкодиапазонного функционального генератора на основе компараторов LM 7 93

Регулируемый функциональный генератор (рис. 36.4) выполнен на трех одинаковых операционных усилителях, например, типа LM148, собранных в одном корпусе для компактности [36.3]. Генератор способен вырабатывать одновременно пилообразные и прямоугольные импульсы, форму которых (А) и (В) можно ступенчато менять, пользуясь переключателем S1. Соотношение времен Т1 и Т2 определяется соотношением коммутируемых переключателем S1 резисторов, например, R:R/100. Периоды времен Т1 и Т2 определяются как T1=2RC и T2=RC/50.

Рис. 36.4. Схема регулируемого функционального генератора

Учитывая высокую актуальность функциональных генераторов, были созданы специализированные микросхемы таких генераторов. Примером функционального генератора является микросхема ICL8038 фирмы Harris Semiconductor.

Генератор, выполненный по типовой схеме включения (рис. 36.5), при варьировании номиналов RC-элементов способен работать в диапазоне частота 0,001 Гц — 300 кГц. Искажения формы синусоидального сигнала не превышают 1 %. Ширину прямоугольного (треугольного) импульса можно регулировать в пределах 2—98 %.

Рис. 36.5. Типовое включение микросхемы ICL8038 в качестве функционального генератора

Напряжение питания ±(5—15) В при двуполярном питании или 10—30 В — при однополярном. Потребляемый микросхемой ток не превышает 20 мА (номинальный — 12 мА) при напряжении питания ±10 В. Амплитуда выходного напряжения треугольной формы на сопротивлении нагрузки 100 кОм достигает 1/3 от напряжения питания, для сигнала синусоидальной формы — до 0,22 от напряжения питания.

Варианты подключения внешних элементов регулировки режима работы микросхемы ICL8038 приведены на рис. 36.6.

При использовании микросхемы ICL8038 (рис. 36.7) удобно

Рис. 36.6. Варианты подключения резистивных элементов к микросхеме ICL8038

Рис. 36.7. Вариант включения микросхемы ICL8038 с частотной модуляцией генерируемых сигналов

осуществлять частотную модуляцию генерируемых сигналов. Используя эту особенность микросхемы несложно создать генератор сигналов прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы, одновременно управляемых уровнем внешнего напряжения.

Для уменьшения искажений сигнала синусоидальной формы применяют регулировки, предусмотренные схемным решением, представленным на рис. 36.8.

Рис. 36.8. Схема включения микросхемы ICL8038 с минимизацией искажения сигнала синусоидальной формы

Для того чтобы повысить нагрузочную способность генератора используют схему, показанную на рис. 36.9. Использован обычный буферный каскад, который можно использовать для каждого из выходов функционального генератора. Сопротивление нагрузки определяется выбором

микросхемы ОУ; для приведенного случая сопротивление нагрузки не должно быть менее 1 кОм.

Рис. 36.9. Схема функционального генератора на микросхеме ICL8038 с повышенной нагрузочной способностью для сигнала синусоидальной формы

Рис. 36Л0. Схема функционального генератора на микросхеме ICL8038 с регулировкой частоты от 20 Гц до 20 кГц

Практическая схема широкодиапазонного функционального генератора, перекрывающего весь диапазон звуковых частот, приведена на рис. 36.10. Потенциометром R7 минимизируют искажения сигнала синусоидальной формы. Потенциометр R3 предназначен для регулировки соотношения импульс/ пауза (или симметрии) генерируемых сигналов. Потенциометром R10 регулируют частоту генерируемых сигналов.

Аддитивный формирователь сигналов треугольной формы

Электрические сигналы треугольной формы обычно получают при использовании зарядно-разрядных процессов в RC-цепочках. В работах [36.4—36.6] описан и проанализирован [36.7] принцип формирования сигналов треугольной формы путем противофазного сложения выпрямленных с использованием двухполупериодных выпрямителей сигналов синусоидальной формы, сдвинутых между собой на угол 90°. Ниже приведен вариант практической реализации перестраиваемого по частоте генератора сигналов треугольной формы, использующий данный принцип синтеза.

На микросхемах DA1—DA3 собран LR-генератор сигналов синусоидальной формы, с выходов которого снимаются сдвинутые по фазе на угол 90° сигналы (точки А и В). Эти сигналы подаются на входы двух прецизионных выпрямителей, выполненных на микросхемах DA4, DA5 и DA6, DA7, соответственно. Сигналы с выходов выпрямителей (точки С и D) смешиваются на резистивном сумматоре-делителе напряжения R13, R15, R16 (точка Е). Выходной сигнал (точка Е) имеет треугольную форму с отклонением от линейности до 3 %.

Рабочая частота генератора определяется номиналами частотозадающих цепей — индуктивностей LI, L2, сдвоенного потенциометра R9, R10 и резисторов R7, R8. Для указанных номиналов диапазон частоты перестройки составляет 3300—4000 Гц.

Ступенчато изменить частотный диапазон работы можно переключением катушек индуктивности LI, L2. При расширении диапазона перестройки путем дальнейшего изменения соотношения элементов

Рис. 36.11. Схема беземкостного перестраиваемого генератора сигналов треугольной формы

R7/R9=R8/R10 становится заметной выраженная зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. Для исключения этого недостатка необходимо либо сузить диапазон перестройки генератора, либо использовать промежуточные усилители с автоматической регулировкой усиления.

Функциональный генератор инверсного построения

При создании функциональных генераторов традиционно используют генератор прямоугольных импульсов, к выходу которого подключают формирователь треугольного напряжения, основанный на зарядно-разрядных процессах. Затем сигнал треугольной формы преобразуют в подобие синусоидального, выделяя из нее первую гармонику [36.8]. Недостатки таких схемных решений очевидны: это явно выраженная нелинейность зарядноразрядных процессов, особенно заметная при перестройке частоты генератора и заметные искажения синусоидального сигнала в результате некачественной фильтрации высших гармоник сложного сигнала.

Ниже описан функциональный генератор, формирование сигналов в котором происходит в обратной последовательности. Вначале формируется сигнал синусоидальной формы, который затем преобразуется в сигнал треугольной формы [36.4—36.6], а из последнего получают биполярный сигнал прямоугольной формы [36.9].

Практическая схема инверсного функционального генератора представлена на рис. 36.12. Устройство содержит генератор сигналов синусоидальной формы (микросхемы DA1—DA3), вырабатывающий сигналы, сдвинутые по фазе на 90°. Эти сигналы подаются на удвоитель частоты С. И. Семенова [36.5] — прецизионные двухполупериодные выпрямители (микросхемы DA4, DA5 и DA9, DA10), выходные сигналы которых складываются в противофазе, формируя тем самым сигнал треугольной формы. Сигнал треугольной формы поступает затем на схему формирования биполярных импульсов прямоугольной формы (микросхемы DA6—DA8).

Диаграммы сигналов в различных точках устройства показаны на рис. 36.12.

Генератор работает в диапазоне частот: для сигналов синусоидальной формы — 50—500 Гц, для сигналов треугольной и прямоугольной формы (с удвоением исходной частоты) — 100—1000 Гц. Рабочую частоту плавно меняют перестройкой сдвоенного потенциометра R9, R10. Ступенчатое переключение диапазона генерируемых частот вплоть до субгерцовых может быть обеспечено переключением частотозадающих конденсаторов С2 и СЗ. Так, при уменьшении емкостей конденсаторов С2 и СЗ в 10 раз, т. е. до 3,3 нФ, диапазон генерируемых частот составляет 1000—10000 Гц по пилообразному и прямоугольному сигналам; по синусоидальному — 500—5000 Гц.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

Микросхема К157УД2 схема включения — RadioRadar

К157УД2 – популярная отечественная интегральная микросхема, реализующая функционал двуканального операционного усилителя с низким уровнем собственного шума. Назначение ОУ чётко не прописано, ИМС может применяться в любых схемах, но наибольшее распространение она нашла в устройствах, работающих со звуковыми колебаниями (частоты 20-20000 Гц).

Класс точности операционного усилителя – средний.

Выходы ИМС имеют встроенную защиту от коротких замыканий.

Микросхема была разработана ещё в 80-х годах XX века, но это не значит, что она утратила свою актуальность в настоящее время. Она по-прежнему может стать основой хорошего звукового усилителя.

Внешний вид

Рис. 1. Внешний вид К157УД2

Тип корпуса, который можно найти на рынке – DIP 14. В другом виде ИМС не производится. Существует модификация КБ157УД2-4, эта ИМС безкорпусная.

Как и для других микросхем в данном корпусе, для К157УД2 актуальны следующие габариты (в мм) и нумерация ножек (смотри расположение ключа).

Рис. 2. Габариты К157УД2

А цоколевка (назначение контактов) – выглядит так.

Рис. 3. Цоколевка К157УД2

Типовые схемы включения К157УД2

Как и любой другой современный операционный усилитель, К157УД2 может быть включена в схему с однополярным или двуполярным питанием. В последнем случае качество усиления заметно лучше.

Усилитель с однополярным питанием

Схема включения при однополярном питании, в соответствии с рекомендациями производителя, выглядит следующим образом.

Рис. 4. Схема включения при однополярном питании

Усилитель с двухполярным питанием

Типовое включение при двуполярном питании может выглядеть так.

Рис. 5. Типовое включение при двуполярном питании

Приёмник СВ, ДВ

В качестве примера применения К157УД2 можно привести схему радиоприёмника средневолнового диапазона и длинных волн.

Рис. 6. Схема радиоприёмника средневолнового диапазона и длинных волн

Питание здесь однополярное. Используются оба ОУ, размещённые в корпусе К157УД2.
Первая катушка отвечает за приём средних волн – должна содержать около 80-100 витков.

А вторая – для длинных, 5-8 витков.

Усилитель для мостового включения

Ещё один вариант — усилитель для мостового включения.

Рис. 7. Усилитель для мостового включения

Подойдёт для эксплуатации с маломощными приборами (например, с наушниками, сопротивление / импеданс которых от 32 Ом).

Генераторы импульсов

ИМС позволяет относительно просто собрать генератор синусоидального сигнала.

Рис. 8. Генератор синусоидального сигнала

Данная схема имеет встроенный стабилизатор амплитуды.

А ниже вариант сборки генератора сигнала прямоугольной формы (меандра).

Рис. 9. Вариант сборки генератора сигнала прямоугольной формы

Обе схемы базируются на колебательных контурах R-C. Номинал сопротивления и ёмкости определяет задающую частоту.

Для первого случая (синус), частота рассчитывается по формуле ƒ = ½ π·R·C.
Для второго (меандр) — ƒ = ½ R·C·1n·(1 + 2·R2 / R1).

Усилители для магнитофонов

Как и говорилось выше, с применением К157УД2 часто изготавливали начинку для аудиоаппаратуры и стереомагнитофонов.

Например, усилитель для портативной версии выглядел следующим образом.

Рис. 10. Усилитель для портативной версии

А для классической магнитолы – так (с двуполярным питанием).

Рис. 11. Усилитель для классической магнитолы

Технические параметры

Напряжение питания может быть в диапазоне 3-18 В (плюс и минус). В предельном режиме работы допускается до 20В.

ИМС может эксплуатироваться при температуре окружающей среды -25 — +70°С.

Выходное напряжение (при питающем 15 В) – более 13 В.

Ток потребления составляет менее 7 мА.

Коэффициент усиления на частотах менее 50 Гц – свыше 50*103.

В диапазоне до 20 кГц – более 300.

U смещения нуля – 5 мВ (при питании 15В и выходном напряжении менее 1,2В).
Коэф. уменьшения синфазных вх. напряжений – более 70 дБ (при питании 15В и частоте ниже 50 Гц).

Коэф. взаимного проникания сигналов (из одного канала в другой) – менее -80 дБ (при питании 15В, частоте 1 кГц и Uвых – 7 В).

Рассеиваемая мощность – менее 500 мВт (показатель актуален для температуры окружающей среды свыше 25°С).

Сопротивление подключаемой нагрузки должно быть более 2кОм.

Ток короткого замыкания – менее 45 мА (при Uпит 15 В и Uвх – 20-180мВ).

Скорость нарастания вых. напряжения (макс.) – 0,5В / мкс.

Аналоги

Полной заменой К157УД2 может выступать отечественная ИМС КР1434УД1А (тип корпуса, распиновка и другие параметры совпадают, это УО средней точности, но напряжение питания – до 22В).

У того же производителя имеется усовершенствованная модель — К157УД3. Она тоже полностью совместима с исходной, но имеет ещё меньший уровень шумов.
Ещё одной альтернативой может выступать сдвоенный ОУ КР140УД20Б.
Из зарубежных аналогов замену можно подобрать только по функционалу (например, два одинарных ОУ LM301 и т.п.).

Даташит

Оригинальной документации разработчика уже не найти. В качестве альтернативы можно использовать описание специального справочника для ДОСААФ 1986 года. Скачать его можно здесь.

Автор: RadioRadar

Описание и применение операционного усилителя LM358. Схемы включения, аналог, datasheet

Микросхема LM358 в одном корпусе содержит два независимых маломощных операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и частотной компенсацией. Отличается низким потреблением тока. Особенность данного усилителя – возможность работать в схемах с однополярным питанием от 3 до 32 вольт. Выход имеет защиту от короткого замыкания.

Описание операционного усилителя LM358

Область применения — в качестве усилительного преобразователя, в схемах преобразования постоянного напряжения, и во всех стандартных схемах, где используются операционные усилители, как с однополярным питающим напряжением, так и двухполярным.

Технические характеристики LM358

Однополярное питание: от 3 В до 32 В.
Двухполярное питание: ± 1,5 до ± 16 В.
Ток потребления: 0,7 мА.
Входное напряжение смещения: 3 мВ.
Дифференциальное входное напряжение: 32 В.
Синфазный входной ток: 20 нА.
Дифференциальный входной ток: 2 нА.
Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению: 100 дБ.
Размах выходного напряжения: от 0 В до VCC — 1,5 В.
Коэффициент гармонических искажений: 0,02%.
Максимальная скорость нарастания выходного сигнала: 0,6 В/мкс.
Частота единичного усиления (с температурной компенсацией): 1,0 МГц.
Максимальная рассеиваемая мощность: 830 мВт.
Диапазон рабочих температур: 0…70 гр.С.

Габаритные размеры и назначения выводов LM358 (LM358N)

Аналоги LM358

Ниже приведен список зарубежных и отечественных аналогов операционного усилителя LM358:

GL358
NE532
OP221
OP290
OP295
TA75358P
UPC358C
AN6561
CA358E
HA17904
КР1040УД1 (отечественный аналог)
КР1053УД2 (отечественный аналог)
КР1401УД5 (отечественный аналог)

Примеры применения (схемы включения) усилителя LM358

Простой неинвертирующий усилитель

Компаратор с гистерезисом

Допустим, что потенциал, поступающий на инвертирующий вход, плавно возрастает. При достижении его уровня чуть выше опорного (Vh -Vref), на выходе компаратора возникнет высокий логический уровень. Если после этого входной потенциал начнет медленно снижаться, то выход компаратора переключится на низкий логический уровень при значении немного ниже опорного (Vref – Vl). В данном примере разница между (Vh -Vref) и (Vref – Vl) будет значение гистерезиса.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Генератор синусоидального сигнала с мостом Вина

Мостовой генератор Вина (Wien bridge oscillator) — является одним из видов электронного генератора, который генерирует волны синусоидальной формы. Он может генерировать широкий спектр частот. Генератор основан на мостовой схеме, изначально разработанной Максом Вином в 1891 году. Класический генератор Вина состоит из четырех резисторов и двух конденсаторов. Генератор можно также рассматривать в качестве прямого усилителя в сочетании с полосовым фильтром, который обеспечивает положительную обратную связь.

Дифференциальный усилитель на LM358

Назначение данной схемы — усиление разности двух входящих сигналов, при этом каждый из них умножается на определенную постоянную величину.

Дифференциальный усилитель — это хорошо известная электрическая схема, применяемая для усиления разности напряжений 2-х сигналов, поступающих на его входы. В теоретической модели дифференциального усилителя величина выходного сигнала не зависит от величины каждого отдельного входного сигнала, а зависит строго от их разности.

Функциональный генератор

Данный функциональный генератор вырабатывает сигналы треугольной и прямоугольной формы.

Генератор прямоугольных импульсов на LM358

В качестве примера использования приведем схему микрофонного усилителя на LM358:

Скачать datasheet LM358 (808,0 KiB, скачано: 14 719)

Симметричный мультивибратор на операционном усилителе.

В статье мультивибратор на транзисторах КТ315А, на рисунке 1, показана схема мультивибратора на транзисторах. Недостатком такой транзистороной схемы является то что форма импульсов на выходе мультивибратора собранного по этой схеме сильно отличается от прямоугольной.

Для того чтобы форма импульсов на выходе мультивибратора была близка к прямоугольной необходимо использовать усилитель с большим коэффициентом усиления напряжения. Операционные усилители обладают большим коэффициентом усиления напряжения поэтому мультивибраторы на операционных усилителях могут выдавать почти прямоугольные импульсы. Схема мультивибратора на операционном усилителе показана на рисунке 1:

Рисунок 1 — Мультивибратор на операционном усилителе

Операционный усилитель, в этой схеме, можно заменить компаратором. Напряжение на выходе относительно земли будет изменяться приблизительно так:

Рисунок 2 — Напряжение на выходе относительно земли

Напряжение на выходе относительно -Uпитания будет изменяться приблизительно так:

Рисунок 3 — Напряжение на выходе относительно -Uпитания

Длительность импульса, длительность паузы и период колебаний, для данной схемы, можно рассчитать по формулам:
ln -натуральный логарифм т.е. это логарифм по основанию e (e приблизительно = 2.

7)(можно рассчитать воспользовавшись калькулятором справа вверху (напр. ln(2.7) ). Программа расчёта T, tи и частоты приведена в низу страницы). Данный мультивибратор симметричный (длительность импульса и длительность паузы равны) поэтому скважность равна 2. На микросхеме LM324N можно изготовить такой мультивибратор или даже 4 таких мультивибратора для светодиодных мигалок, тактовых генераторов или много ещё для чего:

Рисунок 4 — Мультивибратор на LM324N

В микросхеме LM324N имеется 4 независимых одинаковых операционных усилителя.

Рисунок 5 — Мультивибратор на LM324N

+Uпитания для микросхемы LM324N может быть от +1.5В до +16В, -Uпитания может быть от -16В до -1.5В. Для питания этой микросхемы можно использовать источник питания схема которого приведена в статье двуполярный источник питания. Питание также может быть однополярным. Мультивибратор можно сделать и на компараторе:

Рисунок 6 — Мультивибратор на компараторе LM393N

Если компаратор с открытым коллектором (например LM393N) то между выходом и плюсом необходимо поставить резистор для того чтобы напряжение на выходе могло быть от близкого к +Uпитания до близкого к -Uпитания.

Видно что мультивибратор на компараторе LM393N получился не совсем симметричным. Но для светодиодных мигалок он вполне подходит, на этом компараторе можно сделать 2 мультивибратора. Для расчёта длительности импульса, длительности паузы и периода колебаний симметричного мультивибратора на операционном усилителе (рисунок 1) можно воспользоваться программой:

Генераторы на ОУ: мультивибраторы | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Прошлая статья была посвящена компараторам и триггерам Шмитта на операционных усилителях. Я упоминал, что они служат основой для построения различных видов генераторов колебаний. Среди всех типов генерируемых сигналов можно выделить четыре основных формы импульса: прямоугольная, треугольная, пилообразная и синусоидальная. В соответствии с этими формами импульса получили названия и генераторы сигналов.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Принцип построения импульсных генераторов на ОУ

В предыдущих статьях я рассказывал об импульсных генераторах с различной формой импульсов, выполненных на транзисторах. Для простых устройств их, возможно, применять, но для создания сложных устройств с регулировкой различных параметров их схемы оказываются неоправданно трудоёмкими в настройке и разработке. Поэтому для упрощения схемотехнической реализации применяют генераторы импульсов в основе, которых лежат операционные усилители.

В общем случае для получения импульсов различной формы требуется замкнутая система, которая состоит из трёх основных частей: интегратора, компаратора и логической схемы.

Блок-схема генератора колебаний различной формы.

Хотя схема состоит из трех частей, но довольно часто в простых генераторах применяют один-два операционных усилителя. Для повышения гибкости и универсальности схем генераторов можно добавлять дополнительные ОУ.

Первой рассматриваемым генератором будет мультивибратор, то есть генератор прямоугольных импульсов.

Автоколебательный мультивибратор на ОУ

Автоколебательный мультивибратор или просто мультивибратор называют генератор прямоугольных импульсов. В его основе лежит триггер Шмитта или компаратор с гистерезисом, но в отличие от триггера напряжение в мультивибраторе формируется интегрирующей цепочкой R1C1. Ниже приведена схема мультивибратора на ОУ

Схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе.

Данный мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, который охвачен положительной обратной связью через резисторы R2R3 и отрицательной обратной связью при помощи интегрирующей цепочки R1C1.

Рассмотрим работу мультивибратора. В основе работы мультивибратора лежит триггер Шмитта, который создается ПОС при помощи резисторов R2R3. Так как опорное напряжение триггера равно нулю, то напряжение верхнего порогового уровня будет равно

а нижнего порога переключения триггера

Таким образом, в момент подачи питания конденсатор полностью разряжен, то есть на инвертирующем входе ОУ напряжение равно нулю. В тоже время на выходе ОУ, вследствие неидеального ОУ, присутствует некоторое положительное напряжение, часть которого через ПОС R2R3 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Далее происходит усиление этого напряжения и на выходе ОУ происходит дальнейший рост напряжения.

Напряжение с выхода ОУ поступает также через цепочку R1C1, но вследствие того, что интегрирующая цепочка задерживает сигнал, то рост напряжения на конденсаторе С1, а следовательно и на инвертирующем входе будет происходить медленнее, чем на неинвертирующем. И в результате разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входе будет расти, а следовательно будет происходить рост выходного напряжения.

В некоторый момент времени напряжение на конденсаторе U_C (а также на инвертирующем входе) достигнет напряжения верхнего порогового уровня U_ВП триггера Шмитта и выходное напряжение U_ВЫХ скачком станет равным отрицательному напряжению насыщения U_НАС-. В результате чего ток через резистор R1 изменится на противоположный, а конденсатор С1 начнёт разряжаться. Разряд конденсатора будет происходить до напряжения нижнего порога переключения U_ВП триггера. После этого также скачкообразно произойдёт переключение выходного напряжения с отрицательного насыщения к положительному напряжению насыщения U_НАС+ триггера Шмитта. Данные переключения иллюстрирует график расположенный ниже

График напряжений в мультивибраторе: на выходе мультивибратора (верхний) и на конденсаторе С1 (нижний).

Частота выходных импульсов мультивибратора зависит от постоянной времени интегрирующей цепочки R1C1, а также от ширины петли гистерезиса и в общем случае определяется следующим выражением

Не трудно заметить, что при

В случае равенства сопротивлений резисторов в цепи ПОС R2 и R3 соотношения будут выглядеть следующим образом

Улучшение параметров мультивибратора

Стабильность частоты амплитуды генерирования простого мультивибратора, изображённого в начале статьи, во многом определяется стабильностью характеристик насыщения операционного усилителя, поэтому для улучшения параметров выходных импульсов (длительности и амплитуды) необходимо обеспечить стабильность амплитуды выходных импульсов и постоянной времени цепочки R1C1. Ниже приведена схема мультивибратора, в которой сведены к минимуму недостатки предыдущей схемы.

Улучшенная схема мультивибратора.

В данной схеме мультивибратора введены дополнительные элементы: входные резисторы R1 и R3, повышающие входное сопротивление ОУ и двухсторонний параметрический стабилизатор R4VD1VD2, стабилизирующий амплитуду выходных импульсов. Введение резисторов R1 и R3 связано с тем, чтобы увеличить входное сопротивление ОУ, так как они снабжены защитой по входам при больших дифференциальных сигналах. Их величина выбирается на порядок больше, чем сопротивление резисторов R5 и R6 и имеет порядок сотен килом.

Ещё большего улучшения параметров мультивибратора можно добиться, если резистор в интегрирующей RC цепочке заметить транзисторным генератором тока.

Если ставится задача получения несимметричного мультивибратора, то резистор в цепи ООС заменяется двумя параллельными диодно-резисторными цепями, что изображено на рисунке ниже

Схема несимметричного мультивибратора на операционном усилителе.

Ждущий мультивибратор (одновибратор)

Ждущий мультивибратор в отличие от автоколебательного на выходе формирует одиночный импульс под действием входного сигнала, причём длительность выходного импульса зависит от номиналов элементов обвязки операционного усилителя. Схема ждущего мультивибратора показана ниже

Схема ждущего мультивибратора (одновибратора) на операционном усилителе.

Ждущий мультивибратор состоит из операционного усилителя DA1, цепи ПОС на резисторах R4R5, цепи ООС VD1C2R3 и цепи запуска C1R1VD2.

Цикл работы ждущего мультивибратора можно условно разделить на три части: ждущий режим, переход из ждущего режима в состояние выдержки и непосредственно состояние выдержки. Рассмотрим цикл работы мультивибратора подробнее.

Ждущий режим является основной и наиболее устойчивой частью цикла работы данного типа мультивибратора, так как самопроизвольно он не может перейти в следующие части цикла работы ждущего мультивибратора. В данном состоянии на выходе мультивибратора присутствует положительное напряжение насыщения ОУ (U_НАС+), которое через цепь ПОС R4R5 частично поступает на неинвертирующий вход ОУ, тем самым задавая пороговое напряжение переключения мультивибратора (U_ПП), которое определяется следующим выражением

На инвертирующем входе ОУ присутствует напряжение, которое задаётся диодом VD1 (в случае кремневого диода напряжение примерно равно 0,6 – 0,7 В), то есть меньше порога переключения мультивибратора. При данных условиях ждущий мультивибратор может находиться неограниченно долгое время (до тех пор, пока не поступит запускающий импульс).

Переход из ждущего режима в состояние выдержки, является следующей частью цикла работы ждущего мультивибратора и начинается после того, как на вход поступит импульс отрицательной полярности, амплитуда которого превысит двухкратное значение напряжения переключения ждущего мультивибратора. То есть минимальная амплитуда входного напряжения (U_{ВХ min}) должна быть равна

В этом случае напряжение порога переключения ждущего мультивибратора понизится и станет меньше, чем напряжение падения на диоде VD1. Далее произойдёт лавинообразный процесс переключения выходного напряжения и на выходе установится напряжение отрицательного насыщение ОУ (U_НАС-) и ждущий мультивибратор перейдёт в состояние выдержки. При выборе номиналов элементов входной цепи C1 и R1 надо исходить из того, что конденсатор С1 должен полностью разрядиться за время действия входного импульса, то есть постоянная времени цепи C1R1 должна быть на порядок (в десять раз) меньше длительности входного импульса.

Заключительная часть цикла работы ждущего мультивибратора является состояние выдержки. В данном состоянии на неинвертирующий вход поступает часть напряжения с выхода мультивибратора, тем самым задавая пороговое напряжение перехода мультивибратора в ждущий режим. В тоже время выходное напряжение через цепь ООС C1R1 поступает на инвертирующий вход и открывает диод VD1, через который начинает разряжаться конденсатор С1. После разряда конденсатора С1 до 0 В происходит его зарядка через резистор R1 до напряжения перехода мультивибратора в ждущий режим. После чего схема переходит в исходное состояние и на выходе устанавливается напряжение положительного насыщения ОУ (U_НАС+). Длительность состояния выдержки и непосредственно формируемого выходного импульса определяется временем зарядка конденсатора С1 через резистор R1 и в общем случае определяется следующим выражением

Так как ждущий мультивибратор имеет только одно устойчивое состояние, то за ним закрепилось название одновибратора.

Для того чтобы одновибратор вырабатывал положительные импульсы при положительных управляющих входных сигналах необходимо изменить полярность включения диодов VD1 и VD2.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Как избежать проблем с нестабильностью операционных усилителей в приложениях с однополярным питанием

Одиночное или двойное питание?

Несмотря на то, что выгодно реализовать схемы операционного усилителя со сбалансированным двойным источником питания, существует множество практических приложений, в которых из соображений энергосбережения или по другим причинам работа с однополярным питанием необходима или желательна. Например, в автомобильном и морском оборудовании аккумулятор обеспечивает только одну полярность. Даже оборудование с питанием от сети, такое как компьютеры, может иметь только однополярный встроенный источник питания, обеспечивающий для системы +5 В или +12 В постоянного тока.При обработке аналоговых сигналов общей чертой работы с однополярным питанием является необходимость в дополнительных компонентах на каждом этапе для соответствующего смещения сигнала. Если это не будет тщательно продумано и выполнено, могут возникнуть нестабильность и другие проблемы.

Распространенные проблемы с подмагничиванием резистора

Приложениям с ОУ с однополярным питанием присущи проблемы, которые обычно не встречаются в схемах с двойным питанием. Основная проблема заключается в том, что если сигнал должен качаться как положительным, так и отрицательным по отношению к «общему», это опорное напряжение нулевого сигнала должно быть на фиксированном уровне между шинами питания.Основным преимуществом двойных источников питания является то, что их общее соединение обеспечивает стабильное нулевое опорное напряжение с низким импедансом. Два напряжения питания обычно равны и противоположны (и часто отслеживаются), но это не абсолютная необходимость. При одном источнике питания такой узел должен быть создан искусственно, путем введения дополнительных схем, обеспечивающих некоторую форму смещения, чтобы поддерживать общий сигнал при соответствующем среднем напряжении питания.

Поскольку обычно желательно, чтобы большие выходные значения ограничивались симметрично, смещение обычно устанавливается в средней точке номинального выходного диапазона усилителя или (для удобства) на половине напряжения питания.Самый эффективный способ добиться этого — использовать регулятор, как показано на рисунке 6; однако популярный метод заключается в снятии напряжения питания с помощью пары резисторов. Несмотря на кажущуюся простоту, с этим есть проблемы.

Для иллюстрации проблемы схема на рис. 1, имеющая несколько конструктивных недостатков, представляет собой неинвертирующий усилитель со связью по переменному току. Сигнал имеет емкостную связь на входе и выходе. Средний уровень входного сигнала со связью по переменному току смещен до V _s/2 парой делителей R _A -R _B, а внутриполосное усиление составляет G = 1 + R2 / R1.«Усиление шума» постоянного тока уменьшается до единицы за счет емкостной связи обратной связи с нулем, установленным R1 и C1, так что уровень постоянного тока на выходе равен напряжению смещения. Это позволяет избежать искажений из-за чрезмерного усиления входного напряжения смещения усилителя. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью снижается от (1 + R2 / R1) на высокой частоте до единицы при постоянном токе с частотами излома при f = 1 / [2π R1 C1] и f = 1 / [2π (R1 + R2) C1. ], вводя фазовые сдвиги, которые добавляют к сдвигам, связанным со схемами связи входов и выходов.

Рис. 1. Потенциально нестабильная схема операционного усилителя с однополярным питанием.

Эта простая схема имеет дополнительные потенциально серьезные ограничения. Во-первых, присущая операционному усилителю способность подавлять колебания напряжения питания бесполезна, поскольку любое изменение напряжения питания напрямую изменяет напряжение смещения V _s/2, устанавливаемое резистивным делителем. Хотя это не представляет проблемы при постоянном токе, любой синфазный шум, появляющийся на клеммах источника питания, будет усилен вместе с входным сигналом (за исключением самых низких частот).При усилении 100 20 милливольт пульсации 60 Гц и гул на выходе будут усилены до уровня 1 вольт.

Еще хуже, нестабильность может возникнуть в схемах, где операционный усилитель должен обеспечивать большие выходные токи в нагрузке. Если источник питания не отрегулирован (и не шунтирован), на линии питания будут появляться значительные сигнальные напряжения. Поскольку неинвертирующий вход операционного усилителя напрямую связан с питающей линией, эти сигналы будут подаваться непосредственно обратно в операционный усилитель, часто в фазовом соотношении, которое будет вызывать «мотор-лодку» или другие формы колебаний.

Хотя использование чрезвычайно тщательной компоновки, обхода многоконденсаторного источника питания, заземления звездой и печатной платы «силовой плоскости» — все это помогает снизить уровень шума и поддерживать стабильность схемы, лучше внести изменения в конструкцию схемы, которые улучшат отказ источника питания. Здесь предлагается несколько.

Отсоединение сети смещения от источника питания

Один из шагов к решению — обойти делитель напряжения смещения и предоставить отдельный входной возвратный резистор, модифицируя схему, как показано на рисунке 2.Теперь точка ответвления на делителе напряжения блокируется для сигналов переменного тока конденсатором C2, чтобы восстановить подавление подачи переменного тока. Резистор Rin, который заменяет Ra / 2 в качестве входного сопротивления схемы для сигналов переменного тока, также обеспечивает обратный путь постоянного тока для входа +.

Рис. 2. Изолированная схема смещения операционного усилителя с однополярным питанием.

Разумеется, значения R _A и R _B должны быть как можно более низкими; Выбранные здесь значения 100 кОм предназначены для экономии тока питания, как это может быть сделано в приложениях с батарейным питанием.Также следует тщательно выбирать номинал байпасного конденсатора. С делителем напряжения 100 кОм / 100 кОм для R _A и R _B и значением емкости 0,1 мкФ или аналогичным значением для C2, полоса пропускания -3 дБ импеданса этой сети, установленная параллельной комбинацией R _A , R _B и C2, равно 1 / [2π (R _A/2) C2] = 32 Гц. Хотя это улучшение по сравнению с рис. 1, подавление синфазного сигнала падает ниже 32 Гц, обеспечивая значительную обратную связь через источник питания на низких частотах сигнала.Для этого требуется конденсатор большего размера, чтобы избежать «катания на лодке» и других проявлений нестабильности.

Практический подход заключается в увеличении емкости конденсатора C2. так что он достаточно велик, чтобы эффективно обходить делитель напряжения на всех частотах в полосе пропускания схемы. Хорошее практическое правило — установить этот полюс на одну десятую ширины входной полосы по уровню –3 дБ, установленной в R _IN / C _IN и R ₁ / C ₁.

Коэффициент усиления усилителя на постоянном токе по-прежнему равен единице.Даже в этом случае необходимо учитывать входные токи смещения операционного усилителя. R _IN, последовательно с делителем напряжения R _A / R _B, добавляет значительное сопротивление последовательно с положительной входной клеммой операционного усилителя. Поддержание выхода операционного усилителя близко к среднему источнику питания с использованием обычных операционных усилителей с обратной связью по напряжению, которые имеют симметричные симметричные входы, может быть достигнуто путем балансировки этого сопротивления путем выбора R2.

В зависимости от напряжения питания типичные значения, обеспечивающие разумный компромисс между повышенным током питания и повышенной чувствительностью к току смещения усилителя, варьируются от 100 кОм для одиночных источников питания + 15 В или + 12 В до 42 кОм для питание 5 В и 27 кОм для 3.3 В.

Усилители

, предназначенные для высокочастотных приложений (особенно типов с обратной связью по току), должны использовать низкое входное сопротивление и сопротивление обратной связи для сохранения полосы пропускания при наличии паразитной емкости. Операционный усилитель, такой как AD811, который был разработан для приложений скорости видео, обычно будет иметь оптимальную производительность при использовании резистора 1 кОм для R2. Следовательно, в этих типах приложений необходимо использовать резисторы гораздо меньшего номинала в делителе напряжения R _A / R _B (и более высокие байпасные емкости), чтобы минимизировать входной ток смещения и избежать нестабильности на низких частотах.

Из-за их низкого тока смещения потребность в балансировочных входных резисторах не так велика в приложениях с современными операционными усилителями на полевых транзисторах, если только схема не должна работать в очень широком диапазоне температур. В этом случае балансировка сопротивления на входных клеммах операционного усилителя по-прежнему является разумной мерой предосторожности.

На рисунке 3 показано, как смещение и шунтирование могут применяться в случае инвертирующего усилителя.

Рисунок 3. Схема инвертирующего усилителя с развязкой и однополярным питанием.

Метод смещения резистивного делителя недорогой и поддерживает выходное напряжение постоянного тока операционного усилителя на уровне V _S/2, но подавление синфазного сигнала операционного усилителя по-прежнему зависит от постоянной времени RC, формируемой R _A || R _B и конденсатор C2. Использование значения C2, которое обеспечивает как минимум 10-кратную постоянную времени RC входной цепи RC-связи (R1 / C1 и R _в / C _в), поможет обеспечить разумный коэффициент подавления синфазного сигнала. С резисторами 100 кОм для R _A и R _B практические значения C2 могут быть довольно небольшими, если полоса пропускания схемы не слишком мала.

Смещение стабилитрона

Более эффективный способ обеспечить необходимое смещение V _S/2 для работы с однополярным питанием — использовать стабилизатор на стабилитроне, такой как показанный на рисунке 4. Здесь ток подается на стабилитрон через резистор R. Конденсатор. C _N помогает уменьшить генерируемый стабилитроном шум на входе операционного усилителя.

Рис. 4. Неинвертирующий усилитель с однополярным питанием и смещением на стабилитроне.

Следует выбрать стабилитрон с рабочим напряжением, близким к В _S/2.Резистор R _Z необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить достаточно высокий ток для работы стабилитрона при стабильном номинальном напряжении и поддерживать низкий уровень шума на выходе стабилитрона. Тем не менее, также важно минимизировать энергопотребление (и нагрев) и избежать повреждения стабилитрона. Поскольку вход операционного усилителя потребляет небольшой ток от эталона, рекомендуется выбрать маломощный диод. Лучше всего устройство с номинальной мощностью 250 мВт, но приемлемы и более распространенные типы мощностью 500 мВт. Идеальный ток стабилитрона варьируется от каждого производителя, но практические уровни I _z от 500 мкА (устройство на 250 мВт) до 5 мА (устройство на 500 мВт) обычно являются хорошим компромиссом для этого приложения.

В рабочих пределах стабилитрона схема на рис. 4 в основном обеспечивает низкий импеданс опорного уровня, который восстанавливает отказ источника питания операционного усилителя. Преимущества существенны, но есть цена: потребляется больше энергии, а выход постоянного тока операционного усилителя фиксируется напряжением стабилитрона, а не на уровне V _S/2. Если напряжение источника питания существенно упадет, на больших сигналах может произойти асимметричное ограничение. Также необходимо учитывать входные токи смещения.Резисторы R _{, IN} и R2 должны быть близки к одному и тому же значению, чтобы входные токи смещения не создавали существенную ошибку напряжения смещения.

На рисунке 5 показана схема инвертирующего усилителя, использующая тот же метод смещения стабилитрона.

Рис. 5. Инвертирующий усилитель с однополярным питанием, использующий смещение стабилитрона.

В таблице 1 показаны некоторые распространенные типы стабилитронов, которые можно выбрать для обеспечения половинного смещения питания для различных уровней напряжения питания. Для удобства предусмотрены практические значения R _Z, обеспечивающие 5 мА и 0.Токи устройства 5 мА в цепях 4 и 5. Для снижения шума цепи можно выбрать оптимальный ток Зенера, обратившись к паспорту производителя.

Таблица 1. Предлагаемые номера деталей стабилитронов (типы Motorola) и значения Rz для использования на рисунках 4 и 5.

Напряжение питания	Ссылка Напряжение	Диод Тип	Стабилитрон Ток	Rz Значение Ом
+ 15В	7.5В	1N4100	0,5 мА	15к
+ 15В	7,5 В	1N4693	5 мА	1,5к
+ 12В	6,2 В	1N4627	0,5 мА	11.5к
+ 12В	6,2 В	1N4691	5 мА	1,15к
+ 9В	4,3 В	1N4623	0,5 мА	9.31k
+ 9В	4,3 В	1N4687	5 мА	931
+ 5В	2.4В	1N4617	0,5 мА	5.23k
+ 5В	2,7 В	1N4682	5 мА	464

Смещение операционного усилителя с использованием линейного регулятора напряжения

Для схем операционных усилителей, работающих от стандарта + 3,3 В, необходимо напряжение смещения + 1,65 В.Стабилитроны обычно доступны только до +2,4 В, хотя шунтирующие регуляторы шириной запрещенной зоны AD589 и AD1580 с напряжением 1,225 В можно использовать, как и стабилитроны, для обеспечения фиксированного, хотя и не центрированного, напряжения при низком импедансе. Самый простой способ обеспечить произвольные значения напряжения смещения при низком импедансе (например, V _S/2) — использовать линейный стабилизатор напряжения, такой как ADM663A или ADM666A, как показано на рисунке 6. Его выход можно регулировать. от 1,3 до 16 В и обеспечит низкоомное смещение для однополярных напряжений от 2 В до 16.5 В.

Рис. 6. Схема смещения с однополярным питанием операционного усилителя с использованием линейного регулятора напряжения.

Цепи одинарного питания со связью по постоянному току

До сих пор обсуждались только схемы операционных усилителей со связью по переменному току. Несмотря на то, что при использовании подходящих больших входных и выходных конденсаторов связи, цепь, связанная по переменному току, может работать на частотах значительно ниже 1 Гц, для некоторых приложений требуется настоящая связь по входу и выходу постоянного тока. Цепи, которые обеспечивают постоянное постоянное напряжение при низком импедансе, такие как стабилитроны и регуляторы, описанные выше, могут использоваться для обеспечения напряжения «нулевого уровня».

В качестве альтернативы резисторы смещения V _S/2 на рисунках 1–3 могут быть буферизованы операционным усилителем для создания низкоомной цепи «фантомного заземления», как показано на рисунке 7. Если источником питания является низковольтная батарея. Источник, скажем, + 3,3 В, операционный усилитель должен быть устройством типа «rail-to-rail», способным эффективно работать во всем диапазоне напряжений питания. Операционный усилитель также должен иметь возможность подавать положительный или отрицательный выходной ток, достаточный для удовлетворения требований нагрузки главной цепи.Конденсатор C2 идет в обход делителя напряжения, чтобы уменьшить шум резистора. Эта схема не должна обеспечивать отказ от источника питания, потому что она всегда будет управлять общей клеммой («землей») при половинном напряжении питания.

Рис. 7. Использование операционного усилителя для обеспечения «фантомного заземления» для приложений с прямым подключением с батарейным питанием.

Проблемы со временем включения цепи

Еще один последний вопрос, который необходимо учитывать, — это время включения цепи. Приблизительное время включения будет зависеть от постоянной времени RC используемого фильтра с самой низкой полосой пропускания.

Все схемы с пассивным смещением, показанные здесь, должны требовать, чтобы цепь делителя напряжения R _A || R _B -C2 имела постоянную времени в 10 раз больше, чем постоянная времени входной или выходной цепи. Это сделано для упрощения схемы (поскольку входную полосу пропускания задают до трех разных полюсов RC). Эта длительная постоянная времени также помогает удерживать цепь смещения от «включения» перед входными и выходными цепями операционного усилителя, тем самым позволяя выходному сигналу операционного усилителя постепенно повышаться от нуля вольт до V _S/2, не приводя к напряжению. положительная подающая шина.Требуемая частота излома 3 дБ составляет 1/10 от частоты R1C1 и R _{, нагрузка} C _{на выходе}. Например: на рисунке 2 для полосы пропускания цепи 10 Гц и коэффициента усиления 10 значение C2, равное 3 мкФ, обеспечивает полосу пропускания 3 дБ, равную 1 Гц.

С R _A || R _B = 50 000 Ом конденсатор емкостью 3 мкФ обеспечивает постоянную времени RC 0,15 секунды. Таким образом, выходу операционного усилителя потребуется от 0,2 до 0,3 секунды, чтобы он стал достаточно близким к V _S/2. Между тем, входные и выходные RC-цепи будут заряжаться в десять раз быстрее.

В приложениях, где время включения схемы может стать чрезмерно большим, лучше выбрать стабилитрон или метод активного смещения.

генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе | Форум электроники (схемы, проекты и микроконтроллеры)

Привет всем,

Вот мой первый пост …
Прежде всего, спасибо за то, что приняли меня в качестве участника этого форума.

Мне нужна помощь относительно простой схемы операционного усилителя.

Я включил 2 URL-адреса, показывающие одну и ту же точную схему, но ни один из них не указывает значения для резисторов делителя напряжения, временного резистора или конденсатора.

Я отмечу, что ни один из опубликованных мною URL никоим образом не является рекламой, и оба сайта имеют хорошую репутацию и уже много лет работают в сети.

Генератор прямоугольной волны

По сути, у меня есть 2 вопроса об этой схеме, которые пугали меня большую часть недели.

На обоих сайтах показано изображение прямоугольной волны, предположительно генерируемой этой схемой, но ничто из того, что я пробовал в отношении значений сопротивления и емкости, не приближается к рабочему циклу и отрицательной составляющей волны.

1 Если предположить, что изображение формы волны действительно достаточно точное, какие значения дадут мне импульс, который имеет отрицательную составляющую постоянного тока и достаточно симметричные максимумы и минимумы?

Я не ищу и не ожидаю идеального 50% рабочего цикла, но показанные изображения действительно представляют что-то в этом роде.

Мой личный опыт работы с операционными усилителями обычно включал схему, имеющую 0 или 1 обратную связь и по крайней мере 1 шину от источника питания, прямо или косвенно подключенную к инвертирующему или неинвертирующему входу операционного усилителя.Но, как вы можете видеть, эта схема имеет двойную обратную связь и подключается к источнику питания только через контакты Vs + и Vs- микросхемы операционного усилителя.

2 Что является отправной точкой для схемы? Другими словами, с чего изначально начинается вывод схемы, чтобы цепи обратной связи начали работать?

Дополнительные примечания ..
Когда я строю эту схему и использую осциллограф на выходе, я получаю прямоугольный сигнал с очень низкой положительной скважностью.

Если я использую значения на неинвертирующей стороне входа, которые вызывают более высокое время заряда конденсатора (низкочастотный импульс), я получаю форму волны, которая показывает пилообразную положительную составляющую и пилообразную отрицательную составляющую с режимом переменного тока осциллографа на осциллографе и в режиме постоянного тока волна в основном квадратная без отрицательной составляющей.Если я использую более низкое время зарядки (более высокую частоту), я получаю прямоугольные волны, которые не имеют отрицательных компонентов ни в одном из режимов и всегда имеют очень низкий положительный рабочий цикл .

Я с удовольствием отправлю изображения прицелов по запросу, если они помогут ответить на эти вопросы.

Спасибо за внимание,
Charles

Источник питания

— Освоение дизайна электроники

Измерение выходного тока источника питания с помощью дифференциального усилителя

При разработке дифференциального усилителя основной задачей является устранение ошибок, влияющих на точность схемы.В MasteringElectronicsDesign.com: Синфазная ошибка дифференциального усилителя — Часть 1 этой презентации я обсуждал синфазную ошибку дифференциального усилителя. Я также показал, что, учитывая схему на Рисунке 1, синфазное напряжение можно рассматривать как V2, когда мы рассматриваем V1-V2 как сигнал, идущий поверх V2. То же самое касается V1, которое можно рассматривать как синфазное напряжение дифференциального усилителя, когда — (V1-V2) — это сигнал, который проходит поверх V1.

Рисунок 1

Однако в большинстве случаев входные сигналы V1 и V2 будут меняться во времени, независимо от того, присутствует ли сигнал переменного тока поверх сигнала постоянного тока или входные сигналы имеют шумовую составляющую, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Из-за этого принято считать синфазное напряжение средним входными сигналами, V1 и V2, как на рисунке 3 , так что синфазный входной сигнал попадает между V1 и V2.

Рисунок 3

Отметим этот сигнал с Vcm и разницу V1-V2 с Vd.

(1)

С точки зрения разности сигналов каждый вход будет относиться к синфазному напряжению, как показано на рисунке 3.В этом случае разностный сигнал Vd = (V1-V2) делится на две части, так что вход R1 имеет сигнал Vd / 2, а вход R3 имеет сигнал -Vd / 2, что относится к синфазному напряжению Vcm. .

Что в этом случае является синфазной ошибкой?

В этих обозначениях я могу выразить входные сигналы, как в (2).

(2)

В MasteringElectronicsDesign.com: Синфазная ошибка дифференциального усилителя — Часть 1 Я продемонстрировал, что выходной сигнал дифференциального усилителя может быть выражен как функция от V1-V2 и V2, как показано в (3).

(3)

При замене V1 и V2 выражениями (2) Vout становится,

(4)

После расчетов выход дифференциального усилителя принимает вид

.
(5)
В уравнении (5) первая скобка — это дифференциальное усиление, и я отмечу его с помощью Gd.Вторая скобка — это синфазное усиление, обозначенное Gcm.
(6)
Видно, что при равных соотношениях резисторов Gcm равно нулю. Следует отметить, что это усиление такое же, как и в MasteringElectronicsDesign.com: The Differential Amplifier Common-Mode Error — Part 1, когда то же выражение умножается на V2. В самом деле, это доказывает, что независимо от уровня синфазного напряжения на входе усилителя, V2, Vcm или чего-либо промежуточного в этом отношении, синфазное усиление одинаково.
Уравнение (5) также показывает, что чем больше Vcm, тем больше синфазная ошибка на выходе дифференциального усилителя. Поскольку во многих случаях мы не можем ничего сделать с уровнем синфазного напряжения, разработчик электроники может только минимизировать синфазное усиление, чтобы уменьшить ошибку. Это можно сделать, подбирая соотношения резисторов.
Хорошим примером использования дифференциального усилителя является измерение тока. Один из способов — измерить падение напряжения на небольшом резисторе. Другой способ — измерить ток индуктивно, с помощью магнитного зонда.
Измерение тока через ответвление сети с помощью небольшого резистора, называемого сенсорным резистором , предпочитается многими разработчиками, поскольку он может быть очень точным. В зависимости от ожидаемого уровня тока номинал резистора выбирается таким образом, чтобы падение напряжения на этом резисторе составляло около нескольких сотен милливольт. Дифференциальный усилитель, подключенный к измерительному резистору, усиливает падение напряжения до приемлемого уровня, обычно около 2,5 В или 5 В, так что аналого-цифровой преобразователь (АЦП) может измерять его с хорошим разрешением.
Если измерение должно выполняться на выходе источника питания (см. Рисунок 4), синфазное напряжение может быть высоким, поскольку оно равно уровню напряжения источника питания.
Рисунок 4
Допустим, это блок питания 12 В, который подает номинальный ток 5 А в систему, которую он питает. В зависимости от функциональности системы с питанием ток нагрузки может меняться во времени, и нам необходимо его контролировать. Падение напряжения на Rsense должно быть достаточно небольшим, чтобы питаемая система по-прежнему получала примерно 12 В.Если вместо 12 В система питается от 11,9 В, этого может быть достаточно для большинства приложений. Следовательно, мы можем выбрать падение Rsense равным 100 мВ. На 5А резистор считывания должен быть Rsense = 20 миллиом.
Также, допустим, нам нужно считывать ток с помощью микроконтроллера. Для этого нам понадобится АЦП с опорным напряжением 2,5 В. Мы можем спроектировать резисторы дифференциального усилителя так, чтобы номинальный ток 5А соответствовал 2В на выходе усилителя. Это означает, что номинальное значение находится на 4/5 ^– диапазона АЦП, так что есть место для положительного или отрицательного изменения тока нагрузки.
Если соотношения резисторов равны, дифференциальное усиление Gd равно
(7)
Коэффициент усиления дифференциального усилителя должен составлять
(8)
Выберем R2 = R4 = 20 кОм и R1 = R3 = 1 кОм. Какие допуски выбрать для этих резисторов? Резисторы с допуском 1% в настоящее время довольно распространены и стоят недорого.Что такое синфазная ошибка с резисторами с допуском 1%?
Поскольку V2 = Vpower, давайте выберем уравнение (3) для расчета выходного напряжения при номинальном токе источника питания 5A.
(9)
При допуске t = 0% выход является идеальным номинальным значением Vout = 2V.
При допуске t = 1% и в худшем случае, когда номиналы резистора могут быть следующими,
(10)
выходное напряжение Vout = 2.413V. Дополнительные 0,413 В являются значительной синфазной ошибкой, так как составляют 20,6% от номинального значения.
Что делать, если мы используем резисторы с допуском 0,1%? Для наихудшего сценария, описанного выше, выходной сигнал становится Vout = 2,042 В. Ошибка 42 мВ означает, что ток источника питания измеряется с погрешностью 2,1%. В зависимости от требований приложения это измерение может быть достаточно хорошим или неприемлемым. Если ошибка слишком велика, разработчик должен выбрать либо более согласованные резисторы, либо инструментальные усилители.AD620 компании Analog Devices может выполнять эту работу с высокой точностью.
В результате этого эксперимента возникают и другие вопросы:
Может ли синфазное напряжение повредить операционный усилитель, используемый в схеме дифференциального усилителя?
Достаточно ли мал чувствительный резистор, чтобы компоненты дифференциального усилителя не изменяли его значение и не генерировали ошибки?
Достаточно ли мало напряжения смещения дифференциального усилителя, чтобы смещение выходного сигнала не отображалось как ошибка?
Достаточно ли малы входные токи смещения операционного усилителя или их смещение, чтобы на выходе усилителя не было ошибок?
Достаточно ли мал температурный коэффициент компонентов дифференциального усилителя, чтобы любое изменение температуры не приводило к ошибкам измерения?
Я расскажу обо всех этих возможных ошибках в следующих статьях.Будьте на связи.
% PDF-1.5 % 2 0 obj > / Метаданные 5 0 R / StructTreeRoot 6 0 R >> эндобдж 5 0 obj > транслировать 2012-03-05T02: 55: 31-04: 002013-10-13T01: 30: 36-04: 00Microsoft® Word 2010Microsoft® Word 2010application / pdf конечный поток эндобдж 17 0 объект > транслировать x [Ys6 ~ w
& y% Z: (~ h @ i3 ۢ F ~> ֋۷} xjvaTMoow ߉7 WE «0o» ¿HqƩ (, rqq * jxs} * է \} = Y? gy: ky2L | 5 (- = | $ ͼn ߤ3ͣ h2 | hq7W®; K (c {ggowynD4Bd7vwWfS͒TQ0 (IE (* 7o ~ (a @ & Hc0 (O,> w ֣ w ~ ^ #.CZЯ ؏ Rbr)
% PDF-1.4 % 886 0 объект > эндобдж xref 886 74 0000000016 00000 н. 0000003072 00000 н. 0000003239 00000 н. 0000003858 00000 н. 0000003995 00000 н. 0000004127 00000 н. 0000004221 00000 н. 0000004499 00000 н. 0000004793 00000 н. 0000004981 00000 п. 0000005587 00000 н. 0000006339 00000 н. 0000006662 00000 н. 0000007179 00000 н. 0000007644 00000 н. 0000007758 00000 н. 0000007870 00000 п. 0000008586 00000 н. 0000009326 00000 н. 0000009353 00000 п. 0000009955 00000 н. 0000010455 00000 п. 0000010482 00000 п. 0000010915 00000 п. 0000012796 00000 п. 0000014434 00000 п. 0000014950 00000 п. 0000015565 00000 п. 0000015888 00000 п. 0000016541 00000 п. 0000018352 00000 п. 0000020085 00000 п. 0000020716 00000 п. 0000021016 00000 п. 0000021501 00000 п. 0000022071 00000 п. 0000023821 00000 п. 0000023960 00000 п. 0000024097 00000 п. 0000024283 00000 п. 0000026371 00000 п. 0000026510 00000 п. 0000026958 00000 п. 0000026985 00000 п. 0000028763 00000 п. 0000029045 00000 п. 0000029300 00000 п. 0000031058 00000 п. 0000031128 00000 п. 0000031209 00000 н. 0000031518 00000 п. 0000035460 00000 п. 0000040408 00000 п. 0000046574 00000 п. 0000047173 00000 п. 0000050775 00000 п. 0000051044 00000 п. 0000051114 00000 п. 0000051195 00000 п. 0000079195 00000 п. 0000079458 00000 п. 0000079914 00000 п. 0000094938 00000 п. 0000095008 00000 п. 0000095089 00000 п. 0000108909 00000 н. 0000109196 00000 п. 0000109555 00000 п. 0000109582 00000 п. 0000109957 00000 н. 0000109984 00000 н. 0000110300 00000 п. 0000002872 00000 н. 0000001813 00000 н. трейлер ] / Назад 1000845 / XRefStm 2872 >> startxref 0 %% EOF 959 0 объект > поток hb«`g`ha`c`gd @
Как выбрать операционный усилитель
Существуют, вероятно, тысячи операционных усилителей (ОУ).Но какой из них лучше всего подходит для вашего конкретного приложения? В таблице данных есть много чисел и графиков, а также много странных сокращений. Эта статья покажет вам, как преодолеть жаргон и выбрать операционный усилитель, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.
Перед тем, как мы начнем, необходимо упомянуть несколько основных моментов. Во-первых, мы рассмотрим только основные операционные усилители. Мы не будем напрямую рассматривать специальные типы, такие как высокая частота (от 10 до 100 МГц), разность токов или проводимость.Однако, как только вы поймете, что такое базовые операционные усилители, это небольшой шаг к особым типам.
Другой момент заключается в том, что вы должны знать, что нужно вашей схеме. Это кажется очевидным, но иногда это упускается из виду. Попытка использовать пятивольтовый операционный усилитель в цепи на 25 В обычно гарантирует низкую производительность. Говоря более тонко, использование операционного усилителя, который не имеет надлежащего частотного диапазона или слишком шумно, — не редкое явление. Вы должны полностью понимать свои требования, чтобы сделать правильный выбор.
Идеальный операционный усилитель не имеет искажений, не использует значимую мощность, имеет бесконечное усиление, не генерирует шум, имеет бесконечное входное сопротивление (чтобы не было нагрузки на усиливаемый сигнал), имеет бесконечную частотную характеристику, принимает сигналы любого напряжения и , конечно, бесплатно.Хотя современные устройства могут приблизиться к некоторым из этих идеалов, таким как входное сопротивление и низкая мощность, ни один усилитель не может достичь их всех.
На рисунке 1 показаны некоторые типичные недостатки операционных усилителей.
РИСУНОК 1. Настоящий операционный усилитель не идеален. Выходной сигнал показывает ряд типичных неисправностей. Обратите внимание, что для простоты проблемы показаны только один раз. Звонок возникает при каждом быстром переходе, при постоянном шуме и т. Д.Вы можете представить, как выглядит выходной сигнал, если бы все эти ошибки были применены ко всему сигналу.
(Обратите внимание, что проблемы показаны изолированно для ясности. На самом деле, большинство этих эффектов являются непрерывными и смешанными.) Это означает, что вы должны выбирать между различными усилителями с разными сильными и слабыми сторонами. Это типичная ситуация инженерного компромисса.
Основные характеристики операционного усилителя
Во всех технических паспортах операционных усилителей есть раздел, озаглавленный «Абсолютные максимальные номинальные характеристики».Я называю это «жареными очками», потому что работа с устройством на этих (или более высоких) уровнях приведет к его поджариванию. Никогда нельзя превышать эти рейтинги и ожидать чего-нибудь хорошего. Вы всегда должны оставаться ниже этих значений. В таблице данных обычно тем или иным образом указываются стандартные максимальные рабочие уровни.
Во многих таблицах данных указаны «типовые» номера. Хороший инженер почти не обращает на них внимания. Всегда следует использовать наихудшие значения, чтобы гарантировать надлежащую производительность. Если вы просто делаете один элемент для собственного использования, вы можете рискнуть и / или вручную выбрать операционный усилитель для своего проекта.Но такой подход неприемлем в профессиональной среде (за исключением редких и очень особых условий).
Таблица технических характеристик в большинстве технических описаний представлена в алфавитном порядке. Это может быть полезно при поиске определенного значения, но не обеспечивает согласованности информации. Здесь спецификации будут организованы в группы, которые каким-то образом связаны. Будут использоваться четыре основные группы: мощность, вход, выход и частота. Обратите внимание, что эти группы не независимы друг от друга.Определить свой дизайн с помощью этих четырех факторов довольно просто и интуитивно понятно.
Мощность
Прежде всего, необходимо отметить, что на операционном усилителе нет контакта заземления. Таким образом, любые операционные усилители могут работать от одного источника питания. Так почему же для некоторых операционных усилителей требуются положительные и отрицательные источники питания? Это связано с тем, что предполагается, что вход находится на земле, а входные сигналы переменного тока будут перемещаться над и под землей. Понятно, что если входное напряжение превысит любой источник питания (более положительный или более отрицательный), произойдут плохие вещи.Это одно из тех примечаний, которые упоминаются в записи «Абсолютные максимальные рейтинги». Входное напряжение ДОЛЖНО быть в пределах диапазона источника питания. (Подробнее об этом в разделе «Ввод».)
Рабочее напряжение (обозначенное как V + и / или V-) часто указывается в отдельной таблице и / или в тексте спецификации. Когда-то стандартным было напряжение ± 15 В (или даже выше) (биполярные или сдвоенные блоки питания). В настоящее время для многих операционных усилителей требуется от +3 до +15 вольт (однополярный или однополярный).Это по-прежнему означает, что входы операционного усилителя должны находиться в пределах источника питания (хотя операционные усилители, отмеченные как «однополярные», позволяют входу идти на отрицательную шину … обычно на землю).
Таким образом, отрицательные напряжения недопустимы на входах с этой спецификацией единственного источника питания. Кроме того, обычное использование двух девятивольтных батарей (одна для V + и одна для V-) приведет к 18 вольт между клеммами питания. Это превышает точку Fry Point для этих устройств. Так что будьте осторожны, чтобы правильно прочитать спецификации мощности.Очевидно, вы знаете, какие напряжения доступны, поэтому составить эту спецификацию несложно.
Коэффициент отклонения блока питания (PSRR) определяет, насколько чувствителен операционный усилитель к изменениям в блоке питания. Вы не хотите, чтобы шум источника питания (от источников переменного тока) или дрейф (от батарей) влиял на выход. В этой спецификации указано значение в децибелах (дБ), где каждое увеличение на 20 дБ означает 10-кратное увеличение отношения. Таким образом, значение 60 дБ здесь означает, что изменение напряжения источника питания на один вольт вызовет 0.Изменение выходного напряжения на 001 вольт (или один милливольт).
Это значение зависит от фактического напряжения источника питания, а также от частоты шума. Более высокие рабочие напряжения и более низкие частоты шума обычно приводят к лучшим показателям PSRR. Часто в таблицах данных представлены графики, показывающие эти вариации.
Определить, что вам нужно по этому параметру, не так уж и сложно. Если вы используете операционный усилитель с цифровой логикой (который обычно вызывает большой шум источника питания), вам понадобится операционный усилитель с хорошим рейтингом PSRR.Если ваш операционный усилитель представляет собой полностью аналоговую конструкцию с хорошим регулируемым аналоговым источником питания, то этот параметр, вероятно, не слишком важен.
Ток, необходимый для питания усилителя, определяется как ток питания (Is). Это ток покоя. Это не включает внешние компоненты или какой-либо выходной ток. Если в одном корпусе находится несколько усилителей, это обычно относится к одному усилителю. Однако в даташите это будет указано. Очевидно, что схемы с батарейным питанием будут работать дольше с усилителем, который потребляет меньше энергии.Иногда это указывается в милливаттах (или микроваттах) как потребляемая мощность (Pd). Таким образом, вам придется преобразовать его в мА (или мкА), используя напряжения источника питания, указанные в таблице.
Вход
Существует множество входных параметров, и эта группа часто содержит наиболее важные элементы, которые определяют производительность операционного усилителя для конкретного приложения.
Первой базовой характеристикой является входное сопротивление (Rin) (иногда его называют входным сопротивлением). Это показывает, какую нагрузку на сигнал накладывает операционный усилитель.Это значение должно быть как можно большим (однако для очень высоких скоростей оно будет относительно низким, поскольку паразитная емкость может значительно повлиять на частотную характеристику). Очевидно, вы не хотите, чтобы операционный усилитель влиял на усиливаемый сигнал. Значения в сотнях МОм являются типичными. Некоторые из новых операционных усилителей имеют настолько высокое входное сопротивление, что его нельзя измерить напрямую … более 10 тераомов! (Тераом, или ТОм, равен 1 000 000 МОм.) (Обратите внимание, что входная емкость обычно не указывается, но она очень мала; порядка пФ или около того… в основном из-за лидов.)
Иногда старые спецификации предоставляют только входной ток смещения (Ib), а не фактическое входное сопротивление. Это говорит о том, какой ток необходим для управления входами. Его можно грубо преобразовать во входное сопротивление, используя закон Ома с напряжением питания. Например: если Ib составляет 170 нА (наноампер), а напряжение питания составляет пять вольт, то закон Ома составляет 5 В = 170 нА x Rin. Решение этой проблемы дает входное сопротивление около 29 МОм.
Входное напряжение смещения (Vos) и входной ток смещения (Ios) звучат аналогично входному току смещения (см. Выше), но очень разные животные.Они относятся к неточности усилителя и должны быть как можно ближе к нулю. Если оба входа операционного усилителя равны нулю, то выход также должен быть нулевым. Но поскольку усилитель несовершенен, на выходе будет некоторое остаточное напряжение. Так почему бы не назвать это ошибкой выходного напряжения? Это связано с тем, что усиление схемы влияет на выход. Схема с коэффициентом усиления 100 увеличит эту ошибку в 100 раз. Вот почему это относится к входу, а не к выходу.Для схемы это выглядит как ошибка постоянного тока на входе. Фактически, определение ошибки смещения — это напряжение (или ток), приложенное ко входу, чтобы заставить выход точно равняться нулю.
Ошибки смещения обычно не слишком важны для цепей переменного тока, поскольку их влияние рассматривается как фиксированная ошибка постоянного тока. Поскольку цепи переменного тока обычно имеют емкостную связь, проблема постоянного тока решается. Однако большие коэффициенты усиления (около 1000) могут превратить Vos 5 мВ в ошибку 5 В постоянного тока на выходе. Это может привести к тому, что усилитель попытается создать выходное напряжение, превышающее напряжение питания, и приведет к ограничению сигнала.
Ошибки смещения критичны в приложениях постоянного тока, потому что невозможно отделить реальный сигнал постоянного тока от ошибки постоянного тока. Если вы пытаетесь измерить сигнал 5 мкВ от термопары с усилителем с Vos 5 мВ, у вас возникнут проблемы.
С Vos и Ios связано изменение, которое происходит с этими значениями при превышении температуры (TCVos или TCIos). Опять же, это не слишком важно для приложений переменного тока, но, безусловно, может быть важно для чувствительных цепей постоянного тока.Изменение 3 мкВ постоянного тока на градус может сделать вашу схему более чувствительной к температуре, чем термопара!
Есть ограничения на входное напряжение, которое вы можете подать на усилитель и ожидать, что он будет работать должным образом (что отличается от Fry Points). Это называется диапазоном синфазного напряжения (CMVR). Многие (вероятно, большинство) новых усилителей имеют входы «rail-to-rail», которые позволяют использовать любое напряжение вплоть до напряжений V + и V-. И наоборот, многие усилители (особенно старые) ограничивают входное напряжение до фиксированного напряжения, меньшего, чем у источников питания V + и V- (обычно около 1 Ом).5 вольт).
Удерживать входное напряжение на уровне вольт или около того ниже напряжения питания V + несложно. Но если вы используете однополярный источник питания, вам, возможно, также придется поддерживать сигнал на высоте 1-2 вольта над землей. Это может быть нетривиально. Кроме того, это может ограничить диапазон входного напряжения при использовании низкого напряжения. Например, если вы используете один источник питания +5 В, а для усилителя требуется запас напряжения ± 1,5 В, вы должны поддерживать входной сигнал в диапазоне от 1,5 до 3,5 В. Для работы с однополярным питанием имеет смысл выбрать усилитель с «землей» в CMVR.(Обратите внимание, что некоторые старые усилители будут инвертировать сигнал, если он станет более отрицательным, чем отрицательный CMVR!)
Еще одна характеристика, которая кажется похожей, но не является, — это коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR). Имеется в виду ошибка балансировки входов. Теоретически, если инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя соединены вместе, выход должен быть нулевым независимо от напряжения, приложенного к входам. Опять же, совершенства достичь нельзя.
CMRR указывается в дБ и часто составляет от 60 до 80 дБ или более.Таким образом, CMRR 60 дБ означает, что может быть ошибка входа 0,1% в балансе между входами. Сигнал в пять вольт, приложенный к обоим входам, или Vcm (с 60 дБ CMRR), будет казаться пятивольтным сигналом, приложенным к одному входу, и сигналом 5.005 вольт, приложенным к другому. Фактическая ошибка вывода зависит от коэффициента усиления схемы.
Ошибка CMRR особенно важна при измерении слабого сигнала, встроенного в большой. Например, для контроля тока источника питания необходимо измерить крошечное падение напряжения на небольшом резисторе при полном напряжении источника питания.Это может повлечь за собой измерение долей милливольта при наличии 10 или более вольт. Однако для большинства несимметричных приложений (где один вход подключен к земле) CMRR не так уж и важен.
Входные характеристики операционного усилителя важны, потому что они должны соответствовать сигналу, который вы хотите усилить. Это немного сложнее, чем требования к питанию, но после того, как вы расшифруете жаргон и аббревиатуры, параметры станут понятными.
Выход
Большой коэффициент усиления сигнала по напряжению (Av или Avo), обычно указываемый как значение в дБ, указывает на максимальное усиление, возможное без какой-либо обратной связи.Эта конфигурация усилителя редко используется как таковая, но этот параметр указывает предел устройства. Очевидно, что если Avo составляет 100 дБ, вы не можете рассчитывать на то, что с этим усилителем будет каскад усиления 120 дБ. В реальной жизни очень редко бывает даже 60 дБ усиления (коэффициент усиления 1000). Иногда Avo указывается как отношение, обычно около 60 В / мВ. Это указывает на усиление 60 000 или около 96 дБ. Современные усилители могут иметь Avo 130 дБ и более. Это коэффициент усиления более двух миллионов!
Максимальная выходная мощность, которую может обеспечить усилитель, обычно указывается как выходной ток короткого замыкания (Isc).Часто это диапазон от 20 до 40 мА. Однако есть некоторые ранние усилители, которые могут обеспечивать лишь несколько мА. Хуже того, некоторые операционные усилители не выдерживают короткого замыкания на выходе, не перегорая. Такая ситуация должна быть указана в таблице данных, но ее может быть трудно найти. Как правило, это обозначается в небольших примечаниях внизу, например: «Продолжение работы при коротком замыкании может привести к чрезмерным температурам матрицы выше максимального номинального значения».
Максимальное выходное напряжение (Vo) никогда не может достигать пределов напряжения (ей) питания.Выход всегда будет ниже. Есть некоторые более новые устройства, которые заявляют, что выходы rail-to-rail. И они подходят к рельсам очень близко — иногда с точностью до нескольких милливольт. Но всегда есть предел. (Между прочим, искажения значительно возрастают, если эти усилители с прямой входной нагрузкой доводить до предельных значений выходного напряжения.) Обычно напряжение Vo примерно на 1,5 В ниже, чем напряжение питания. Таким образом, для пятивольтовой работы с однополярным питанием выходной сигнал не может быть ниже 1,5 вольт или выше 3,5 вольт.
Частота
До сих пор мы обсуждали параметры постоянного тока. Теперь коснемся параметров переменного тока. Это факторы, определяющие, насколько хорошо усилитель реагирует на реальные сигналы. Технические характеристики переменного тока делятся на три основные области: скорость, шум и искажения.
Скорость усилителя можно измерить разными способами, но все они связаны между собой. Наиболее типичными показателями являются: скорость нарастания (SR), полоса пропускания с единичным усилением (BW) и произведение коэффициента усиления (GBW).По сути, скорость усилителя зависит от того, насколько быстро может измениться выход. SR измеряет скорость, с которой это происходит. Обычно определяется в вольтах / микросекундах. Но здесь есть один нюанс. Если выходной сигнал небольшой, он не перемещается так сильно, как большой сигнал, поэтому небольшой выходной сигнал может реагировать на более высокую частоту. Это требует небольшого обсуждения.
Когда сигнал усиливается, он увеличивает скорость нарастания исходного сигнала, равную величине усиления.Например, если сигнал на один вольт усиливается в 10 раз, то выходное напряжение должно сместиться с нуля до 10 вольт одновременно с тем, как входное напряжение изменится с нуля до одного вольт. Таким образом, скорость нарастания напряжения также увеличивается в 10 раз. Из этого мы видим, что максимальная выходная частота типичного операционного усилителя напряжения напрямую зависит от коэффициента усиления схемы.
Будет определенная высокая частота, на которой усилитель не сможет поспевать за сигналом, а входное и выходное напряжение будут одинаковыми, независимо от конструкции внешней схемы.Это точка, в которой коэффициент усиления равен единице или единице. Поскольку у операционного усилителя самая низкая частота постоянного тока, самая высокая рабочая частота также является полосой пропускания усилителя. Таким образом, мы видим, как получается значение BW.
Прямая связь между SR и усилением означает, что существует простой расчет, который определяет максимальную частоту, достижимую при любом заданном усилении. Видно, что, уменьшив частоту на два (в примере выше), коэффициент усиления схемы можно увеличить на два.Таким образом, произведение усиления и частоты всегда одно и то же. Это GBW.
Если вы хотите усилить сигнал в 100 раз, то максимальная используемая частота составляет 1/100 полосы пропускания. Полоса пропускания и ширина полосы пропускания одинаковы для особого случая, когда коэффициент усиления равен единице. (Обратите внимание, что максимальный коэффициент усиления ограничен коэффициентом усиления без обратной связи (Av) усилителя.)
Поскольку этот параметр часто упускают из виду, давайте рассмотрим простой пример. Предположим, вы разрабатываете волоконно-оптический интерфейс.Скорость переключения составляет 100 кГц, и вам нужно усилить оптический сигнал на 1000, чтобы сделать его достаточно большим для запуска вашей цифровой схемы. Насколько быстрым должен быть усилитель?
Чтобы определить это, просто умножьте коэффициент усиления и частоту вместе. Результат — 100 МГц. Вам нужен усилитель с полосой пропускания 100 МГц. Поскольку это намного быстрее, чем любой усилитель общего назначения, вам придется либо использовать один дорогой и сложный в использовании высокоскоростной операционный усилитель, либо использовать несколько каскадов усиления.В этом случае два каскада усиления по 32 дадут коэффициент усиления 1024 и потребуют двух усилителей — каждый с полосой пропускания 3,2 МГц. Многие обычные и недорогие операционные усилители имеют эту GBW.
Есть несколько типов шума. И обсуждение шума операционного усилителя может быстро стать очень техническим и подробным. Однако мы кратко рассмотрим два важных типа шума. Это шум напряжения (En) и шум тока (In). За исключением того факта, что один из них представляет собой ток, а другой — напряжение, эти источники шума обрабатываются одинаково.Оба рассматриваются относительно входа. Это означает, что они будут увеличиваться с увеличением усиления или усиления. Усилитель с коэффициентом усиления 100 будет иметь в 100 раз больше шума, чем указано.
Другой момент в этой спецификации заключается в том, что шум связан с полосой пропускания системы. Таким образом, они определяются с помощью «квадратного корня из Гц» в знаменателе (также называемого корнем в герцах). Широкополосный контур будет иметь больше шума, чем узкополосный.
Существует ряд других типов шума, а также многие другие факторы шума.Цель этого обсуждения состоит только в том, чтобы дать общее представление о том, как определяются эти значения шума. Очевидно, что усилитель с низким уровнем шума предпочтительнее усилителя с большим уровнем шума. Но здесь выходит за рамки обсуждения того, как определить, является ли шум тока или напряжения наиболее важным в вашей схеме, как определить лучшую полосу пропускания для вашей схемы и т. Д.
Последний набор спецификаций относится к искажениям, создаваемым усилителем. Все чаще искажения усилителя прямо указываются в таблице данных, что является очень простым методом.(Обычно это не так.) Общее гармоническое искажение (THD) указано в процентах. Обычно это очень низкое значение порядка 0,01% или лучше.
Другой метод определения того, насколько точно усилитель реагирует на сигнал, — это параметр «переходная характеристика». Это определяет, как усилитель реагирует на резкое изменение. Практически все операционные усилители в этой ситуации будут демонстрировать выбросы. Это превышение указано в процентах от выходного сигнала. Типично несколько процентов или выше.
Характеристики переменного тока гораздо более тонкие и сложные, чем характеристики постоянного тока. Однако вы обязательно должны знать, какие требования к частоте вам нужны. Факторы шума важны в широкополосных схемах с высоким коэффициентом усиления. Большинство операционных усилителей имеют вполне приемлемые уровни искажений. Однако, если вы используете их для согласования сигнала с 16-битным аналого-цифровым преобразователем (это одна часть из 65 536), вам потребуется THD 0,001% или выше.
Графики
Наконец, в таблице данных отображается множество графиков.Это связано с тем, что многие параметры меняются в зависимости от частоты, напряжения, температуры и т. Д. Эти графики показывают, как ожидается изменение производительности операционного усилителя. Обратите внимание, что это обычно типичные значения, поэтому не ожидайте, что ваша конкретная единица измерения в точности соответствует этим измерениям. Графики представлены для обозначения тенденций ответа, а не спецификации ответа. Например, может быть важно знать, увеличивается или уменьшается входной ток смещения с температурой и примерно на сколько.
Стоимость против производительности
Операционный усилитель LM741 можно купить примерно за четверть.И, честно говоря, этого может хватить на поставленную задачу. Но он имеет входное сопротивление всего 300 000 Ом, требует двух блоков питания, плохо дрейфует с температурой, а шум даже не указывается. Ты получаешь то, за что платишь.
Я открыл свой National Semiconductor Data Book более или менее случайно и нашел LPC660. Он имеет примерно такую же скорость, как LM741, и стоит около 3 долларов. Но за эту цену вы получаете четыре усилителя в одной упаковке, поэтому стоимость одного усилителя составляет всего около 0 долларов.75. Это усилитель с одним источником питания (от 5 В до 15 В) с выходами rail-to-rail, входным сопротивлением> 1 тераом, дрейф 1/10 от LM741, и потребляет около 1 мВт тока на усилитель (около 1/100 LM741). (Экономия на стоимости батареи намного перевешивает увеличение цены операционного усилителя.)
Цель этого краткого сравнения — показать, что аналоговая электроника претерпела существенные изменения. Поистине удивительно, что можно купить за доллар или два. Но если вы не знаете, что искать, вы не сможете найти лучшее за свои деньги.Если вы хотите, чтобы ваш проект или продукт обеспечивали максимальную производительность и наиболее рентабельно, найдите время, чтобы узнать, что доступно. Приложив немного усилий с самого начала, вы получите невероятные аналоговые характеристики.
Заключение
Для выбора операционного усилителя необходимо согласовать свои потребности с таблицей данных операционного усилителя. Слепое предположение, что любой операционный усилитель будет работать в любой схеме, приведет только к разочарованию и разочарованию. И наоборот, использование подходящего операционного усилителя может позволить вам делать то, о чем вы даже не подозревали. NV
Справочное руководство по компонентам
Multisim — National Instruments
% PDF-1.6 % 1 0 объект > поток application / pdf Справочное руководство по компонентам Multisim
— National Instruments
Технические коммуникации
Acrobat Distiller 4.05 для Windows; изменено с помощью iText® 5.5.4 © 2000-2014 iText Group NV (AGPL-версия) 374485 3244852006-12-07T09: 28: 44Z2018-11-29T07: 11: 25-06: 00FrameMaker 6.0 конечный поток эндобдж 2 0 obj > / DigestMethod / MD5 / DigestValue / TransformMethod / UR >>] / Contents (0K \ t * H \ r810 \ t +
.

Приборы промышленной автоматики МикРА — impuls2.htm

Рис. 6

звуковой ГУН на операционных усилителях MBS Electronics

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НА ОУ В УСТРОЙСТВАХ НА МИКРОСХЕМАХ

Микросхема К157УД2 схема включения — RadioRadar

Описание и применение операционного усилителя LM358. Схемы включения, аналог, datasheet

Описание операционного усилителя LM358

Технические характеристики LM358

Габаритные размеры и назначения выводов LM358 (LM358N)

Аналоги LM358

Примеры применения (схемы включения) усилителя LM358

Простой неинвертирующий усилитель

Компаратор с гистерезисом

Генератор синусоидального сигнала с мостом Вина

Дифференциальный усилитель на LM358

Функциональный генератор

Генератор прямоугольных импульсов на LM358

Симметричный мультивибратор на операционном усилителе.

Генераторы на ОУ: мультивибраторы | HomeElectronics

Принцип построения импульсных генераторов на ОУ

Автоколебательный мультивибратор на ОУ

Улучшение параметров мультивибратора

Ждущий мультивибратор (одновибратор)

Как избежать проблем с нестабильностью операционных усилителей в приложениях с однополярным питанием

Одиночное или двойное питание?

Распространенные проблемы с подмагничиванием резистора

Отсоединение сети смещения от источника питания

Смещение стабилитрона

Смещение операционного усилителя с использованием линейного регулятора напряжения

Цепи одинарного питания со связью по постоянному току

Проблемы со временем включения цепи

генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе | Форум электроники (схемы, проекты и микроконтроллеры)

— Освоение дизайна электроники

Измерение выходного тока источника питания с помощью дифференциального усилителя

Как выбрать операционный усилитель

Основные характеристики операционного усилителя

Мощность

Вход

Выход

Частота

Графики

Стоимость против производительности

Заключение

Multisim — National Instruments

Читайте также

Глухозаземленная и изолированная нейтраль отличия: Режимы работы нейтрали в электроустановках и электрических сетях

Что такое дребезг контактов: Дребезг контактов, и как с ним бороться

Релейная защита трансформатора: Релейная защита силовых трансформаторов

Добавить комментарий Отменить ответ