Главная Промышленная автоматика.

Усовершенствованные усилители

Основные типы операционных усилителей дают разработчику схем и систем очень удобный «узел усиления» для включения его в многочисленные схемы при реализации ряда разнообразных функций. Хотя обычный операционный усилитель может выполнять, по-видимому, бесконечный ряд функций, однако для некоторых применений требуются операционные усилители, обладающие довольно уникальными характеристиками. Чаще всего эти характеристики достигаются путем комбинации дополнительных схем с основным операционным усилителем на одном и том же монолитном чипе, с тем чтобы получить устройства, которые мы произвольно назвали усовершенствованными усилителями. В данной главе мы представляем некоторые из таких усовершенствованных усилителей, обсуждаем принципы их работы и показываем схемы, в которых их уникальные характеристики служат конкретным целям.

6.1. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Программируемые усилители - очень гибкий класс усовершенствованных усилителей - названы так потому, что их эксплуатационные характеристики можно легко изменять и приспосабливать к общим требованиям системы. Конденсатор внешней коррекции, добавляемый ко многим операционным усилителям для стабилизации их в схемах с обратной связью, представляет собой одну из форм программирования усилителя. Однако этот метод, дающий устойчивость при малых коэффициентах усиления в обмен на уменьшение полосы пропускания и обратно, уже настолько прочно утвердился, что едва ли может рассматриваться с точки зрения понятия «усовершенствованного» усилителя.

В нашем обсуждении программируемых усилителей мы сделаем упор на усилители, в которых приняты специальные меры для оптимизации характеристики срабатывания при.



нимальном ухудшении других его параметров. Кроме того, мы рассмотрим усилитель со стробированием, в котором сигнал по программе может быть направлен через различные усилители для получения некоторой желаемой его обработки.

В разработках с применением операционных усилителей часто требуется проводить изменения для улучшения некоторых аспектов схемной характеристики. Например, если усилитель должен обладать исключительно хорошей характеристикой на высоких частотах, например широкой полосой пропускания и большой скоростью нарастания, то следует ожидать, что в операционном усилителе должны использоваться внутренние источники относительно большого тока. Ценой, которую платят за такие хорошие характеристики по переменному току, является ухудшение характеристик по постоянному току, поскольку большие токи требуют высоких уровней входного тока смещения, вносят большой сдвиг входного напряжения и требуют значительно большей мощности в режиме покоя. С другой стороны, хороший усилитель постоянного тока будет обычно иметь малые внутренние уровни токов, что в свою очередь ограничит динамическую характеристику.

Операционный усилитель общего назначения представляет собой компромисс между двумя крайними характеристиками - по постоянному и переменному току. Однако с помощью операционного усилителя общего назначения невозможно выполнить многие требования. Таким образом, разработчик систем должен тщательно подбирать устройство, которое наилучшим образом подходит для конкретного применения. Кроме того, разработчик систем должен иметь широкий набор разнообразных операционных усилителей, обладающих нужными характеристиками для любых встречающихся в системе применений.

Программируемый операционный усилитель позволяет разработчику перестраивать характеристики усилителя от одного предела -при работе с малой (порядка нановатт) мощностью и прекрасной характеристикой по постоянному току - до другого крайнего случая - высокочастотной характеристики с полосой пропускания, превышающей 10 МГц, и скоростью нарастания 6 В/мкс. Операционный усилитель предоставляющий такой диапазон эксплуатационных характеристик с возможностью их перестройки, - это усилитель НА-2720 (фиг. 6.1). Программирование в нем осуществляется с помощью управления величиной тока, протекающего между выводом устройства для тока установки и отрицательным источником питания или землей. Ток установки используется для подстройки внутренних источников тока в операционном усилителе, которые в свою очередь управляют такими параметрами устройства, как ток покоя, ток смещения, скорость нарастания, полоса пропускания



И напряжение и ток шумов на входе. На фиг. 6.2 показано, как ток установки управляет этими параметрами. Приводимые здесь типичные кривые показывают, что параметры можно регулировать в диапазоне свыше трех декад. На фиг. 6.2, з эффекты, вызываемые в этих параметрах увеличением тока установки, сведены воедино. Возможность динамического программирования, которую предоставляет НА-2720, позволяет использовать этот операционный усилитель для многих специфических

Вход <

о Выход


-Vee или -Vee

земля

Фиг. 6.1. Программируемый операционный усилитель (НА-2720).

применений, например в качестве высококачественного усилителя как постоянного, так и переменного токов, или генератора, управляемого током, мультиплексора или схемы выборки-хранения. Ниже мы проиллюстрируем некоторые из этих применений.

На фиг. 6.3 представлена конфигурация маломощного усилителя постоянного тока с С = -10. Ток установки /уст задается сопротивлением Ryci в соответствии с уравнением

уст

\~2V

(6.1)

где типичное значение Vbe равно 0,6 В. При Яуст = 18 МОм ток /уст становится равным 0,1 мкА, что создает исключительно малый ток смещения 200 пА и мощность рассеяния 6 мкВт,





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 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0037