Оперативни модели појачала

Историја Русије - 25. Павле I (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Оперативни модели појачала

Поглавље 8 - Оперативна појачала


Док помињање оперативних појачавача типично изазива визије полупроводничких уређаја направљених као интегрирани кругови на миниатурном силицијумском чипу, први оп-ампери су заправо вакуумске цеви. Прво комерцијално оперативно појачало опште намене произвело је истраживање Георге А. Пхилбрицк, Инцорпоратед, 1952. године. Означена је К2-В, изграђена је око двије твин-триодне цеви постављене у склопу са окталним (8-пински) утичница за једноставну уградњу и сервисирање у шасији електронске опреме те ере. Скупштина је изгледала овако:

Схематски дијаграм показује две цијеви, заједно са десет отпорника и два кондензатора, прилично једноставан дизајн склопа чак и по стандардима из 1952. године:

У случају да нисте упознати са радом вакуумских цеви, они послују слично као ИГФЕТ транзистори са нултим каналом: то јест, оне проводе већу струју када је контролна мрежа (испрекидана линија) постала позитивнија у односу на катоду (савијена линија близу дна симбола цеви) и водити мање струје када је контролна мрежа учињена мање позитивном (или негативнијом) од катоде. Двострука триодна епрувета са леве стране функционише као диференцијални пар, претварајући диференцијалне улазе (обрнути и неинверни сигнали улазног напона) у један, појачани сигнал напона који се онда уноси у контролну мрежу леве триоде парице другог триода кроз разводник напона (1 МΩ-2, 2 МΩ). Та триода појачава и обара излаз диференцијског пара за веће напоне, онда је појачани сигнал повезан са другом триодом исте дуал-триодне цеви у конфигурацији неинвучног појачавача за већу добитак струје. Две неонске "сијалице" делују као регулатори напона, слични понашању полупроводничких зенер диоди, како би се обезбедио напон напрезања у споју између два појединачна триодна појачала.

Са двоструким напоном од + 300 / -300 волти, овај оп-амп би могао само замахнути свој излаз +/- 50 волти, што је врло лоше према данашњим стандардима. Имао је повећање напона отвореног круга од 15.000 до 20.000, брзину од +/- 12 волти / μсецонд, максималну излазну струју од 1 мА, потрошњу електричне енергије веће од 3 вати (не укључујући снагу за филаменте цеви !), и кошта око $ 24 у 1952 долара. Боље перформансе су могле да се постигну коришћењем софистициранијег дизајна кола, али само на рачун веће потрошње енергије, веће цене и смањене поузданости.

Са појавом транзистора са солид стате-ом постали су изводљиви оп-ампери са далеко мањом потрошњом енергије и повећаном поузданошћу, али су многи други параметри перформанси остали приближно исти. Узмимо на пример Пхилбрицков модел П55А, општи опсег амп опште намене у цијелости 1966. године. П55А је остварио раст од 40.000, брзину од 1.5 волта / μсецонд и излазни замах од +/- 11 волти ( при напону напајања од +/- 15 волти), максималну излазну струју од 2, 2 мА, а коштаће 49 долара (или око 21 долара за верзију "утилити граде"). П55А, као и остали оп-ампс у Пхилбрицк-овој линији времена, били су од конструкције дискретних компоненти, његових конститутивних транзистора, отпорника и кондензатора уграђених у чврсту "опеку" која је слична великом пакету интегрисаних кола.

Није тешко изградити сирово оперативно појачало користећи дискретне компоненте. Схема једног таквог круга је приказана у Фигури.

Једноставно оперативно појачало направљено од дискретних компоненти.

Иако су његове перформансе сасвим мрачне по савременим стандардима, то показује да сложеност није неопходна за стварање минимално функционалног оп-амп-а. Транзистори К3 и К4 формирају срце другог диференцијског парног круга, полупроводнички еквивалент прве триодне цеви у схематичној К2-В. Као што је то било у кругу вакуумске цеви, сврха диференцијског пара је да појачава и конвертује диференцијални напон између два улазна прикључка на излазни напон са једном излазом.

Са појавом технологије интегрисаних кола (ИЦ), оп-амп дизајн је доживео драматично повећање перформанси, поузданости, густине и економије. У периоду од 1964. до 1968. године, Фаирцхилдова корпорација је представила три модела ИЦ оп-ампа: 702, 709 и још увијек популаран 741. Иако се 741 сада сматра застарелим у погледу перформанси, и даље је омиљен међу хобиисти за једноставност и толеранцију грешке (заштита кратког споја на излазу, на пример). Лично искуство које је злоупотребило мноштво 741 оп-ампа довело је до закључка да је то тежак чип за убиство. . .

Унутрашњи схематски дијаграм за модел 741 оп-амп приказан је у Фиг.

Схематски дијаграм модела 741 оп-амп.

Стандарди интегрисаних кола, 741 је врло једноставан уређај: пример мале интеграције или ССИ технологије. Не би било мала ствар за изградњу овог кола помоћу дискретних компоненти, тако да можете видјети предности чак и најпримитивне технологије интегрисаних кола преко дискретних компоненти у којима су укључени велики број делова.

За хобиста, студента или инжењера који желе веће перформансе, постоје буквално стотине оп-амп модела на које можете изабрати. Многи продају за мање од једног долара по комаду, чак иу малопродаји! Инструменти за специјалне намене и радио-фреквентни оп-ампс могу бити прилично скупи. У овом одељку представићу неколико популарних и приступачних оп ампера, упоређујући и контрастујући њихове спецификације перформанси. Частитљиви 741 је укључен као "референтни" за поређење, иако је, као што сам раније рекао, сматран застарјелим дизајном.

Широко кориштени оперативни појачавачи

МоделУређаји / пакетНапајањеПротокБиас цуррентУби стопаИзлазна струја
број(број)(В)(МХз)(нА)(В / μС)(мА)
ТЛ082212/36481317
ЛМ301А110/3612500.525
ЛМ318110/40155007020
ЛМ32443/321450.2520
ЛФ353212/36481320
ЛФ356110/36581225
ЛФ411110/364201525
741Ц110/3615000.525
ЛМ833210/36151050740
ЛМ145826/3618001045
ЦА313015/16150.051020

Наведени у Таблеабове су само неки од нискобуџетних оперативних појачавачких модела који су широко доступни од добављача електронике. Већина њих је доступна преко малопродајних продавница као што је Радио Схацк. Сви су испод цијене од 1, 00 долара директно од произвођача (цене из 2001. године). Као што видите, постоје значајне варијације у перформансама између неких од ових јединица. Узмимо на пример параметар улазне пристраности струје: ЦА3130 добија награду за најнижу, на 0.05 нА (или 50 пА), а ЛМ833 има највише на нешто више од 1 μА. Модел ЦА3130 постиже своју невероватно ниску струју преласка кроз употребу МОСФЕТ транзистора у својој фази улаза. Један произвођач оглашава улазну импеданцију 3130 као 1, 5 тера-ома, или 1, 5 к 10 12 Ω! Други оп-ампери приказани овде са ниским биас струјним цифрама користе ЈФЕТ улазне транзисторе, док модели високе биас моделе користе биполарне улазне транзисторе.

Иако је 741 спецификован у многим електронским шемама пројеката и представљен у многим уџбеницима, његове перформансе су дуго надмашене другим дизајном у свакој мери. Чак и неки дизајни који су првобитно засновани на 741 побољшани су током година и знатно превазилазе оригиналне спецификације дизајна. Један од таквих примера је модел 1458, два оп-ампс у 8-пински ДИП пакет, који је у једном тренутку имао исте спецификације перформанси као и сингл 741. У својој најновијој инкарнацији има се шири опсег напона напајања, брзина је 50 пута већа и готово двоструко излазна струја 741, док се и даље задржава излазна краткоспојна заштита од 741. Оп-ампери са ЈФЕТ и МОСФЕТ улазним транзисторима далеко превазилазе перформансе 741 у смислу тренутног пристрасности, и генерално успевају да победе 741 у смислу пропусног опсега и брзине убијања.

Моје личне препоруке за оп-ампс су такве: када је ниска струја пристајања приоритет (као у круговима ниске брзине интегратора), одаберите 3130. За опште намене ДЦ појачавач рад 1458 нуди добре перформансе (а ви добијете два оп-ампа у простору једног пакета). За надоградњу перформанси изаберите модел 353, јер је то пенда-компатибилна замјена за 1458. 353 је дизајниран са ЈФЕТ улазним колом за врло ниску струју биас-а, а пасус 4 пута је сјајан као 1458, мада његова излазна струја је нижа (али ипак је заштићена кратким спојем). Можда је теже наћи на полици ваше домаће куће за снабдевање електроником, али то је једнако разумно цијењено као 1458.

Ако је напон ниског напона потребан, препоручујем модел 324, јер ради на само 3 волти ДЦ. Њени захтеви за улазне пристраности су такође ниски и обезбеђује четири оп-ампера у једном 14-пином чипу. Његова највећа слабост је брзина, ограничена на 1 МХз фреквенцију и брзину излазног излаза од само 0, 25 волта на μс. За високо-фреквентне кругове појачала АЦ 318 је веома добар модел опште намене.

Опремене оп ампере доступне су за скромне трошкове који пружају боље перформансе. Многи од њих су прилагођени за одређену врсту перформанси, као што су максимална пропусност или минимална струја. Узмите на пример оп-ампс, оба дизајнирана за високу пропусност у Таблебелов-у.

Оперативна појачала велике пропусне опсеге

МоделУређаји / пакетНапајањеПротокБиас цуррентУби стопаИзлазна струја
број(број)(В)(МХз)(нА)(В / μС)(мА)
ЦЛЦ404110/1423244, 000260070
ЦЛЦ42515/14190040, 00035090

ЦЛЦ404 нуди листе од 21, 80 долара (скоро исто као и први комерцијални оп-амп, али без корекције за инфлацију), док је ЦЛЦ425 прилично мало јефтинији од 3, 33 долара по јединици. У оба случаја велика брзина постиже се на рачун великих струјања пристраности и рестриктивних опсега напона напајања. Неки оп-ампери, намењени високој снази, наведени су у табели.

Висока струја оперативних појачавача

МоделУређаји / пакетНапајањеПротокБиас цуррентУби стопаИзлазна струја
број(број)(В)(МХз)(нА)(В / μС)(мА)
ЛМ12ЦЛ115/800.71000913, 000
ЛМ717115.5 / 3620012, 0004100100

Да, ЛМ12ЦЛ заправо има излазни струјни ниво од 13 ампс (13.000 миллиампс)! На листи је 14, 40 долара, што није пуно новца, с обзиром на сирову снагу уређаја. ЛМ7171, с друге стране, тргује високом струјном излазном способношћу за брзу излазну напонску способност (висока брзина убризгавања). На листи се налази 1, 19 долара, приближно толико низак као неки "општи" оп-ампс.

Пакети појачавача се такође могу купити као потпуна апликативна кола, умјесто голих оперативних појачавача. На пример, корпорације Бурр-Бровн и Аналог Девицес, које су дуго познате по производним линијама прецизних појачавача, нуде инструментаторске појачиваче у унапред дизајнираним пакетима, као и другим специјализованим појачивачима. У дизајну где је велика прецизност и поновљивост после поправке важна, можда би било корисно да дизајнер кола изабере такав унапред инсталиран појачавач "блок" умјесто да изгради круг из појединачних оп-ампера. Наравно, ове јединице обично коштају доста више од појединачних оп-ампера.