|
| |
|
Главная Журналы fJiABA ШЁСТАЙ ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Миновало более трех десятилетий с тех пор, как операционные усилители начали применяться в различных устройствах автоматики, вычислительной техники и радиоэлектроники. Однако только с помощью интегральной технологии удалось заметно улучшить их параметры и характеристики [3-6, 41, 56, 69, 72, 73, 76, 78-80, 82, 83, 85-87, 89-97, 99-101]. Интегральный ОУ -один из наиболее унифицированных компонентов аналоговых микросхем. Название «операционный усилитель» связано с математическими операциями (суммированием, дифференцированием, логарифмированием и т. п.), которые когда-то осуществлялись с помощью ОУ. Функции же современных интегральных ОУ стали теперь куда более широкими и универсальными. В настоящее время многие разработчики радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники относятся к интегральному ОУ как к компоненту, не заботясь порой о его внутренней структуре, а сам ОУ, являясь источником напряжения, управляемым напряжением, играет в аналоговых устройствах не менее универсальную роль, чем, скажем, в цифровой технике логический инвертор. Например, с помощью интегрального ОУ можно просто реализовать усилитель с фиксированным коэффициентом усиления, RC- или /.С-автогенераторы, точно синтезировать сложную передаточную функцию, создать высокодобротную частотно-избирательную цепь, получить нормирующие, аналого-цифровые и цифроаналого-вые преобразователи и многие другие электронные устройства. В связи с этим разработчики, которые проектируют электронные устройства с использованием интегральных ОУ, на этапе проектирования нуждаются в технических параметрах и характеристиках интегральных ОУ, чтобы с их помощью создать параметрическую модель или осуществить другое моделирование. Кроме того, знание параметров ОУ позволяет разработчикам проектировать электронные устройства без макетирования, что сокращает сроки проектирования и повышает его качество. 6.1. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ В процессе проектирования любых устройств на основе ОУ желательны идеальные параметры последнего. Идеальный интегральный ОУ - это усилитель, у которого стремятся к бесконечности коэффициент усиления, входное сопротивление и частота единичного усиления, а выходное сопротивление стремится к нулю. Он должен . иметь минимальные статические, шумовые и дрейфовые ошибки, которые могут проявляться как во времени, так и при изменении рабочей температуры. Естественно, что идеальные параметры в интегральном ОУ практически недостижимы, поскольку это технически весьма сложная и физически нереализуемая задача [4, 6, 25, 26, 31, 33, 34, 57, 59, 65, 68, 73, 77, 83, 85, 90, 93, 97, 99]. Однако, как показывает практика, параметры интегральных ОУ могут быть весьма высокими. Параметры и характеристики интегральных ОУ, выпускаемых как у нас в стране, так и за рубежом, хотя и достаточно высоки, но отличаются от идеальных. Чтобы можно было судить о возможностях ОУ и достижениях интегральной техники в их производстве, приведем некоторые параметры последних [65]. Параметры интегральных ОУ. Коэффициент усиления ОУ, равный отношению приращения выходного напряжения к вызвавшему это приращение входному напряжению, колеблется у известных ОУ в пределах от 10 до 5-10. Входное сопротивление ОУ, равное отношению приращения его входного напряжения к приращению активной составляющей входного тока при заданном значении частоты сигнала, колеблется в пределах от 0,01 до 1000 МОм, частота единичного усиления ОУ, на которой модуль коэффициента усиления равен единице,- от 1 до 100 МГц. Выходное сопротивление ОУ, равное отношению приращения выходного напряжения к приращению активной составляющей выходного тока при заданном значении частоты сигнала,- от нескольких Ом до нескольких сотен Ом. Разность входных токов дифференциального ОУ, равная разности значений токов, протекающих через входы ОУ, при заданном значении выходного напряжения,- от 0,1 до 200 нА. Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений дифференциального ОУ, равный отношению приращений синфаз- ных входных напряжений к входному напряжению, вызывающих одно и то же приращение выходного напряжения,- от 60 до 120 дБ. Входной ток дифференциального ОУ, определяемый как среднее арифметическое значение входных токов,- от 1 до 500 нА. Напряжение смещения ОУ, определяемое значением постоянного входного напряжения, при котором выходное напряжение равно нулю,- от 0,5 до 15 мВ. Максимальное выходное напряжение ОУ, определяемое предельным значением выходного напряжения ОУ при оговоренном сопротивлении нагрузки и напряжении входного сигнала, на 1-5 В ниже напряжения питания. Средний температурный дрейф входного тока ОУ, равный отношению максимального изменения входного тока ОУ к вызвавшему его изменению окружающей температуры в оговоренном диапазоне температур,- от 0,1 до 50 нА/°С. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ, равная наибольшей скорости изменения выходного напряжения ОУ при воздействии импульса максимального входного напряжения прямоугольной формы,- от 0,1 до 100 В/мкс. Предельный выходной ток ОУ, равный максимальному значению выходного тока при оговоренном выходном напряжении, не вызывающий необратимых изменений в ОУ,- от 1 до 30 мА и другие параметры [6, 25, 26, 33, 34, 59, 65, 72, 85, 93, 99]. С целью ознакомления разработчиков радиоэлектронной аппаратуры и устройств вычислительной техники с техническими возможностями современных интегральных ОУ отечественного производства, которыми они стали часто пользоваться в своей практической деятельности, в табл. 6.1 приводятся параметры отечественных интегральных ОУ, получивших в настоящее время широкое распространение [6]. Сравнивая параметры современных интегральных ОУ с параметрами идеального ОУ, можно говорить о проблемах, которые необходимо решать разработчикам интегральных ОУ и интегральной техники в целом при проектировании и производстве интегральных ОУ. Очень большой коэффициент усиления ОУ не означает, что его выходное напряжение будет беспредельно велико. Максимальное выходное напряжение ОУ, как известно, не может быть больше напряжения питания, которое у интегральных ОУ редко превышает 20 В. Отсюда следует, что входное напряжение ОУ при громадном коэффивден- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 |