Стаття є частиною керівництва, присвяченого практичним аспектам і особливостям проектування електроніки з використанням операційних підсилювачів (ОУ) - від вибору типу ОУ до таємних прийомів досвідченого розробника і хитрощів налагодження. Керівництво написано Брюсом Трампом, інженером-розробником з майже тридцятирічним стажем, встигли до Texas Instruments попрацювати в легендарній компанії Burr-Brown. В даний час Трамп є провідним блогером інформаційного ресурсу Texas Instruments "E2E" по аналогової тематиці і готує до друку книгу про операційні підсилювачі.

Ми публікуємо переклад керівництва Трампа на нашому сайті регулярно - двічі на місяць.

Підписатися на отримання сповіщень про публікацію нових глав

Всякий, який вивчав електроніку, знайомий з поняттям напруги зсуву. Напруга зсуву операційного підсилювача дорівнює вихідному напрузі в схемі з одиничним посиленням G = 1 (рисунок 9а). При виконанні моделювання для врахування впливу напруги зсуву може бути використаний додаткове джерело постійної напруги, підключений до входу підсилювача. У схемі з одиничним посиленням G = 1 це зміщення передається безпосередньо на вихід. У схемі з високим коефіцієнтом посилення на малюнку 9б вихідна напруга становить 1000 Vos. Чи так це? Майже, але не зовсім. Розуміння цього «не зовсім» допоможе розібратися з частими помилками в схемах з ОУ.

Мал. 9. Вихідна напруга зсуву при G = 1 В / В (a) і G = 1000 В / В (б)

У першій схемі вихідна напруга була дуже близьким до середньої точки (тут мається на увазі біполярний харчування). Це - вихідна напруга, при якому компанія Texas Instruments визначає і перевіряє напруга зсуву. Але в другій схемі при вхідному зміщенні в кілька мілівольт на виході може бути напруга в кілька вольт. А щоб отримати повний розмах вихідної напруги, потрібно зовсім невелике диференціальне напруга на вході ОУ, відповідне заданому коефіцієнту посилення.

Таким чином ми розглядаємо коефіцієнт посилення в розімкнутому контурі як зміна напруги зсуву при зміні вихідної напруги. Цей підхід дозволяє інтуїтивно оцінити величину помилки. Характер цієї помилки може також мати значення. Щоб вимірювати напругу зміщення і посилення з розімкненим контуром, слід використовувати схему двокаскадного підсилювача. З її допомогою можна контролювати вихідну напругу і вимірювати напругу зміщення. Якщо поступово змінювати вихідна напруга в межах всього вихідного діапазону, то зміна напруги зсуву зазвичай виглядає приблизно так, як показано на малюнку 10.

Мал. 10. Напруга зсуву як функція від вихідної напруги

Зверніть увагу, що максимальна швидкість зміни напруги зміщення спостерігається поблизу позитивної та негативної кордонів діапазону. Підсилювача доводиться «напружитися», щоб забезпечити максимальну вихідну напругу. Зростання коефіцієнта посилення з розімкненим зворотним зв'язком вище в середині діапазону і падає, коли напруга на виході наближається до крайніх точок. При розробці схем необхідно враховувати цю особливість. Поблизу граничних значень вихідної напруги відбувається більш різке збільшення напруги зсуву.

Виробники операційних підсилювачів по-різному визначають коефіцієнт посилення з розімкненим зворотним зв'язком (AOL). Для своїх прецизійних ОУ компанія TI використовує усереднення значень коефіцієнта посилення в широкому діапазоні вихідних напруг для отримання хорошої лінійної залежності (червона лінія на малюнку 10). Приклад відображення цих характеристик в документації - в таблиці 2.

Таблиця 2. Значення коефіцієнта посилення з розімкненим контуром для навантаження різного типу

Коефіцієнт посилення з розімкненим зворотним зв'язком Умова тестування Мін. Тип. Макс. Одиниці виміру Коефіцієнт посилення з розімкненим зворотним зв'язком AOL (V-) + 0,5 У <V0 <(V +) - 0,5 В *, RL = 10 кОм ** 100 120 - дБ (V-) + 0,5 У <V0 <(V +) - 0,5 В *, RL = 2 кОм ** 90 116 - дБ * - мінімальне значення AOL гарантується при розмаху вихідної напруги від (V-) +0,5 В до (V +) -0, 5 У
** - значення AOL наведено для двох значень навантаження. При навантаженні 10 КОм коефіцієнт посилення вище

Коли підсилювач працює з перевантаженням (при додатку великої напруги зсуву), вихідна напруга буде наближатися до граничних значень. Іноді вихідна напруга буде перевищувати значення з діапазону, зазначеного в таблиці 2. Наприклад, в таблиці 3 наведено значення вихідної напруги з перевантаженим входом. Розробники компанії TI називають цю характеристику «характеристикою виштовхування». Таку назву підкреслює, що вхід перевантажений, а напруга на виході намагається максимально близько "проштовхнутися» до граничних значень. Обидва типи специфікацій корисні в залежності від вимог конкретного застосування. В даному випадку важливо правильно інтерпретувати наведені параметри.

Таблиця 3. Приклад величини вихідної напруги при перевантаженому вході

Вихід Умова тестування Мін. Тип. Макс. Одиниці виміру Відхилення вихідної напруги від рівня напруги харчування RL = 10 кОм 0,2 0,15 - В RL = 2 кОм 0,3 0,2 - В

оригінал статті

1. Діапазони вхідних і вихідних робочих напруг ОУ. усуваємо плутанину
2. Що потрібно знати про входах rail-to-rail
3. Робота з напругою близькими до землі: випадок однополярного харчування

Переклав В'ячеслав Гавриков на замовлення АТ КОМПЕЛ

•••