Прецизионный операционный усилитель что это
Перейти к содержимому

Прецизионный операционный усилитель что это

  • автор:

Прецизионные операционные усилители

В измерительных устройствах необходимо усиливать без искажения слабые сигналы датчиков, сопровождаемые значительным уровнем синфазных, температурных и других помех. Прецизионные усилители, используемые для этих целей, должны обладать не только очень большими значениями коэффициентов усиления (более 10 5 ) и подавления синфазного сигнала, но и малым напряжением смещения нуля (не более 0,5 мВ) и его дрейфом, малым уровнем шумов и большим входным сопротивлением. Для построения такого усилителя, называемого иногда инструментальным и способного с большой точностью фиксировать эти параметры, обычно используются два-три ОУ общего применения с несколькими высокоточными, хорошо подобранными по температурным коэффициентам резисторами отрицательной обратной связи, от которых в значительной мерс зависит погрешность усиления.

Приемлемую схему инструментального усилителя можно получить, если на входе универсального ОУ использовать специальный прецизионный усилитель с небольшим коэффициентом усиления напряжения, но с высоким входным сопротивлением и малым дрейфом напряжения смещения. Такой входной каскад обеспечит точный прием и неискаженную передачу информации для дальнейшей обработки на универсальный ОУ, который, в свою очередь, обеспечит требуемый коэффициент усиления (более 10 5 ).

Прецизионный ОУ типа КМ551УД1

Рис. 6.10. Прецизионный ОУ типа КМ551УД1:

а — схема включения; б — принципиальная схема; в — схема цепей частотной коррекции

В настоящее время по этому принципу разработано несколько ОУ. Прецизионный усилитель КМ551УД1 имеет малое напряжение смещения нуля (менее 0,5 мВ), малые уровни дрейфа нуля и шумов и К > 10 6 . Но основным достоинством этого ОУ является то, что он позволяет поддерживать с высокой точностью большое значение коэффициента усиления операционного усилителя, замкнутого отрицательной обратной связью. Таким образом можно получить К = (1000 ± 0,3) %.

Характеристики данного усилителя обеспечиваются входным каскадом, который построен по простой дифференциальной схеме с резисторными нагрузками (рис. 6.10, а).

Для уменьшения дрейфов входные транзисторы VT1 и VT2 представляют как параллельные соединения двух транзисторов (рис. 6.10, б).

Амплитудно-частотная характеристика ОУ корректируется двумя цепями частотной коррекции (рис. 6.10, в).

Прецизионный усилитель LT1881 компании Analog Devices

К современному контрольно-испытательному оборудованию, а также различной измерительной технике предъявляются повышенные требования в плане обеспечения точности выходного сигнала. Как правило, в таких устройствах необходимо усилить слабый входной сигнал, который подается с датчика, при этом усиленный выходной сигнал должен максимально точно повторять форму входного сигнала без искажений и помех. Для этих целей использование операционных усилителей общего назначения неприемлемо вследствие их не очень больших коэффициентов усиления, немалых напряжений смещения нуля, относительно больших уровней шумов и малых входных сопротивлений. Всех этих недостатков лишены прецизионные операционные усилители, которые являются рациональным выбором для решения таких задач. В некоторых случаях помимо высокого коэффициента усиления, малых значений напряжения смещения, дрейфа нуля и входного тока требуется широкий диапазон питающего напряжения и выход rail-to-rail, при котором выходной сигнал может изменяться во всем диапазоне напряжения питания. Зачастую такие требования сопровождаются желанием использовать недорогие компоненты. Всем этим требованиям могут удовлетворить прецизионные усилители LT1881 компании Analog Devices. LT1881 представляют собой 2-канальный прецизионный усилитель с напряжением питания от 2,7 В до 36 В и выходом rail-to-rail. Так, выходное напряжение усилителя может изменяться в диапазоне от (–Uпит + 40 мВ) до (+Uпит – 220 мВ), что делает данный усилитель оптимальным решением для работы в низковольтных устройствах с однополярным источником питания, например, в устройствах с батарейным питанием. Хотя выходной сигнал может изменяться практически во всем диапазоне питающего напряжения, входной каскад ограничен диапазоном от (–Uпит + 1 В) до (+Uпит – 1 В). При выходе из данного диапазона коэффициент усиления может уменьшиться до 0, однако опрокидывание фазы не произойдет. Усилитель LT1881 характеризуется очень низким входным током смещения, максимальное значение которого составляет 200 пА. Это позволяет поддерживать высокую точность при использовании источников с высоким сопротивлением. Таких низких входных токов смещения удалось добиться благодаря применению встроенной схемы компенсации. Также за счет этого токи смещения неинвертирующего и инвертирующего входов являются некоррелированными. Но в данном случае не нужно пытаться сбалансировать входные сопротивления на каждой входной линии, как это обычно рекомендуется для большинства усилителей. Чтобы минимизировать суммарную ошибку цепи, сопротивление на каждом входе должно быть как можно меньше. Инвертирующие и неинвертирующие входные линии усилителя LT1881 имеют встроенную защитную цепь. На входах предусмотрена защита от электростатического разряда для предотвращения повреждений при работе с этими компонентами во время пайки, испытаний и т.п. Транзисторы на входах также имеют ограничивающие резисторы для защиты от перепадов входного напряжения до 10 В. Короткие переходные процессы выше этого уровня также будут допустимы. Если на входах предполагается появление дифференциального напряжения выше 10 В, то для защиты усилителя следует использовать внешние ограничивающие резисторы. Также данные усилители имеют очень малое напряжение смещения, максимальное значение которого составляет 50 мкВ, а дрейф напряжения смещения не превышает 0,8 μV/°C. Все это наряду со сверхмалым током смещения позволяет использовать их в составе высокоточных измерительных систем и инструментальных усилителей, способных работать в зашумленных помехами средах. Кроме того, благодаря расширенному диапазону рабочих температур от –55 °C до 125 °C усилитель LT1882MP может применяться в высокотемпературных приложениях. Одним из применений, где компоненты LT1881 могут стать оптимальным вариантом для усиления слабых сигналов с датчиков в зашумленных средах, являются схемы усиления сигналов с термопар и мостов Уитстона. На рисунке 1 показан пример использования LT1881, работающего в составе питаемого напряжением +3,3 В высокоточного цифрового термометра, способного измерять температуру в пределах от –50 °C до 600 °C. Здесь LT1881 усиливает слабый сигнал с моста Уитстона, в одном из плечей которого используется термометр сопротивления (RTD), обозначенный как RT. Усиленный сигнал затем поступает в цифровую систему сбора данных LTC1287, в основе которой лежит 12-разрядный АЦП.

Рисунок 1. Применение LT1881 в составе цифрового термометра.

Также данные усилители могут применяться совместно с ЦАП для формирования выходного сигнала и обеспечения опорного напряжения. На рисунке 2 представлена такая схема совместной работы 16-разрядного ЦАП LTC1597 и LT1881. Сам ЦАП питается лишь напряжением +5 В, а второй операционный усилитель в составе LT1881, питаемый напряжением ± 5 В, инвертирует опорное напряжение +5 В с использованием внутренних прецизионных резисторов ЦАП, формируя тем самым отрицательное опорное напряжение, позволяющее в свою очередь формировать на выходе ЦАП биполярные сигналы. Первый усилитель в составе LT1881 обеспечивает на выходе преобразование «ток-напряжение» и работает в качестве выходного буфера.

Рисунок 2. Совместная работа ЦАП LTC1597 и усилителей LT1881.

Прецизионный усилитель LT1881 компании Analog Devices сочетают в себе высокий коэффициент усиления, малые значения напряжения и тока смещения, низкий уровень шума, широкий диапазон питающего напряжения и выход rail-to-rail. Эти усилители благодаря сверхмалым входным токам смещения, напряжениям смещения и дрейфу отлично зарекомендовали себя для применения в высокоточных измерительных системах.

Прецизионные выпрямители на ОУ

Во многих устройствах обработки аналоговых сигналов, например, в измерительных схемах, необходимо выделение либо составляющих только одной полярности (однополупериодное выпрямление), либо определение абсолютного значения сигнала (двухполупериодное выпрямление). Эти операции могут быть реализованы на пассивных диодно-резистивных цепях, но значительное прямое падение напряжения на диодах (0,5 – 1 В) и нелинейность его вольт-амперной характеристики вносят в этом случае значительные погрешности, особенно при обработке слабых сигналов. Применение ОУ позволяет в значительной степени ослабить влияние реальных характеристик диодов.

Однополупериодные выпрямители. Схемы однополупериодных выпрямителей, приведенные на рис. 28, отличаются друг от друга передаваемой волной входного сигнала (положительной или отрицательной) и знаком коэффициента передачи (инвертирующие и неинвертирующие). Неинвертирующие однополупериодные выпрямители имеют более высокое входное сопротивление, чем инвертирующие. В инвертирующем выпрямителе диод VD1 открывается на соответствующей полуволне сигнала, обеспечивая его передачу на выход с коэффициентом, определяемым отношением резисторов R1 и R2. Диод VD2 смещен при этом в обратном направлении. Неинвертирующий выпрямитель при передаче попускаемой полуволны работает примерно также, однако их функционирование в режиме отсечки существенно различается.

Рис. 28. Схемы однополупериодных выпрямителей

Как в инвертирующем, так и в неинвертирующем выпрямителях диод VD2 введен для повышения их быстродействия. Если исключить этот диод, то в режиме отсечки ОУ входит в состояние насыщения.

При переходе в режим пропускания ОУ сначала должен выйти из насыщения, а затем его выходное напряжение будет достаточно долго нарастать до уровня открывания диода VD1. Введение диода VD2предотвращает насыщение ОУ и ограничивает перепад его выходного напряжения при смене полярности входного сигнала. В неинвертирующей схеме диод VD2 обеспечивает ограничение выходного напряжения ОУ путем замыкания его выхода на землю, поэтому ОУ должен допускать короткое замыкание на выходе в течение неограниченного времени. Кроме того, в неинвертирующей схеме операционный усилитель должен иметь большое допустимое дифференциальное входное напряжение и малое время восстановления из режима ограничения выходного тока.

Существенным недостатком представленных выше схем является их высокое выходное сопротивление, имеющее, к тому же, нелинейный характер.

Двухполупериодные выпрямители. Наиболее просто реализуются прецизионные двухполупериодные выпрямители с незаземленной нагрузкой, например, стрелочным миллиамперметром. Схема такого устройства приведена на рис. 29. Здесь операционный усилитель служит в качестве управляемого по напряжению источника тока. Поэтому выходной ток не зависит от падения напряжения на диодах и сопротивления нагрузки Rн.

Рис. 29. Двухполупериодный выпрямитель с незаземленной нагрузкой

Мостовая схема выпрямляет обе полуволны входного сигнала, при этом выпрямленный ток протекает через нагрузку:

Эта схема не требует согласования резисторов и имеет высокое входное сопротивление.

Простейшая схема двухполупериодного выпрямителя с заземленной нагрузкой приведена на рис. 30а. Здесь используется дифференциальное включение ОУ.

Рис. 30. Двухполупериодный выпрямитель с заземленным диодом

Положительная полуволна входного напряжения запирает диод, в результате чего схема работает в режиме неинвертирующего усилителя с коэффициентом передачи, равным единице и Uвых = Uвх. Отрицательная полуволна открывает диод. Если бы прямое падение напряжение на диоде было равно нулю, то схема работала бы в режиме инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом и Uвых=–Uвх. Схема очень проста, но из-за неравенства нулю прямого напряжения на диоде последнее равенство выполняется с большой погрешностью.

Точность можно повысить, если в схеме на рис. 30а заменить диод VD1 моделью идеального диода на ОУ2 (рис. 30б). Здесь при положительной полуволне входного сигнала выходное напряжение ОУ2 будет отрицательным, в результате чего диод VD1 закроется, а VD2 откроется. Выход усилителя ОУ2 будет соединен с общей точкой практически накоротко, и цепь обратной связи усилителя разомкнута. Усилитель ОУ1 работает в режиме неинвертирующего повторителя. При отрицательной полуволне входного сигнала диод VD1 открыт, а диод VD2 закрыт. Цепь обратной связи ОУ2 замкнута через открытый диод VD1, поэтому напряжение между входами ОУ2, а стало быть и на неинвертирующем входе ОУ1, близко к нулю. Тогда усилитель ОУ1 работает в режиме инвертирующего повторителя.

Схема на рис. 30б довольно проста, но имеет разное входное сопротивление для положительных и отрицательных сигналов и требует согласования резисторов R1. Усилитель ОУ2 должен допускать короткое замыкание выхода и большое дифференциальное напряжение.

Лучшие характеристики имеет схема, приведенная на рис. 31, в которой применено инвертирующее включение операционных усилителей. Схема включает сумматор на ОУ2 и однополупериодный выпрямитель на ОУ1 (см. левую нижнюю схему на рис. 28).

Рис. 31. Схема выпрямителя, в которой ОУ работают в линейном режиме

Прежде всего рассмотрим принцип работы ОУ1. При положительном входном напряжении он работает как инвертирующий усилитель. В этом случае напряжение U2 отрицательно, т.е. диод VD1 проводит, а VD2 закрыт, поэтому U1 = –Uвх. При отрицательном входном напряжении U2 положительно, т.е. диод VD1 закрыт, а VD2 проводит и замыкает цепь отрицательной обратной связи усилителя, которая препятствует насыщению усилителя ОУ1. Поэтому точка суммирования остается под нулевым потенциалом. Поскольку диод VD1 закрыт, напряжение U1 также равно нулю. Справедливы соотношения:

Подключение сумматора на ОУ2 обеспечивает двухполупериодное выпрямление. Сумматор формирует напряжение

Учитывая формулу (35), получаем:

Это и есть искомая функция двухполупериодного выпрямителя.

Достоинством рассмотренной схемы является равное входное сопротивление для разных полярностей входного сигнала и отсутствие синфазного напряжения на входах усилителей. Недостаток – необходимость согласовывать большее число резисторов, чем в схеме на рис. 30б.

Прецизионный операционный усилитель OP27GPZ DIP8

Прецизионный операционный усилитель OP27GPZ DIP8

Операционный усилитель OP27GPZ DIP8 выполнен в корпусе прямоугольной формы и имеет два ряда выводов, в количестве восьми штук, по четыре штуки с каждой стороны, что обусловлено соответствующим типом корпуса DIP8. Операционный усилитель OP27GPZ DIP8 представляет собой многоуровневый дифференциальный усилитель постоянного тока. Данный усилитель характеризуется очень большим дифференциальным усилением напряжения и предназначен для работы с внешней цепью обратной связи, которая определяет основные свойства всей системы.

Как правило операционные усилители имеют симметричные входы и асимметричные выходы и очень низкое выходное сопротивление. Они характеризуются линейностью и низкими предельными частотами и предназначены для дискретных или интегральных схем.

Операционные усилители состоят из нескольких десятков транзисторов, а их характеристики могут варьироваться в широких диапазонах, в зависимости от их модельного ряда и сферы применения.

Операционные усилители получили широкое применение и в настоящее время выпускаются в виде монолитных микросхем. Высокая универсальность в использовании основных свойств операционных усилителей, дает возможность применять их в различных устройствах и электронных системах, а также обеспечивать их массовое, рентабельное производство, низкую цену и великолепные рабочие характеристики.

Гарантийный срок работы для поставляемых нашей компанией операционных усилителей OP27GPZ DIP8 составляет 2 года, что подкрепляется документами соответствия качества.

Итоговая цена на операционные усилители OP27GPZ DIP8 будет зависеть от объёма заказа, сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.

Операционный усилитель OP27GPZ DIP8
Тип Прецизионный операционный усилитель
Корпус DIP8
Серия OP27
Количество каналов 1
Частота 8 МГц
Усиление по напряжению 123,52 дБ
Выходной ток на канал 25 мА
Рабочий ток источника питания 4,67 мА
Рабочая температура от -40 до 85°C
Размеры (ВхДхШ) 3,43 x 9,27 х 7,24 мм
Вес 1 г

Расшифровка маркировки операционного усилителя OP27GPZ DIP8:

OP27 GPZ DIP8
OP27 серия.
GPZ модификация операционного усилителя.
DIP8 тип корпуса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *