¿Qué parámetros del amplificador operacional deben considerarse?
1. ***Resistencia de entrada de modo (RINCM) Este parámetro representa la relación entre el rango de voltaje del modo de entrada y el cambio de corriente de polarización dentro de este rango cuando el amplificador operacional está funcionando en la región lineal. .
2.DC * * * Rechazo de modo (CMRDC) Este parámetro se utiliza para medir la capacidad del amplificador operacional para suprimir la misma señal CC que actúa en los dos terminales de entrada.
3. Rechazo de modo CA * * * (CMRAC) CMRAC se utiliza para medir la capacidad del amplificador operacional para suprimir la misma señal de CA que actúa en los dos terminales de entrada. Es la ganancia de bucle abierto del modo diferencial dividida. por * * * Una función de la ganancia del modo de bucle abierto.
4. ¿Ganar producto de ancho de banda (GBW) ganar producto de ancho de banda AOL? es una constante que define el área de la característica de ganancia de bucle abierto versus frecuencia que cae a -20 dB/década.
5. Corriente de polarización de entrada (IB) Este parámetro se refiere a la corriente promedio que fluye hacia el terminal de entrada cuando el amplificador operacional opera en la región lineal.
6. Deriva de temperatura de corriente de polarización de entrada (TCIB) Este parámetro indica el cambio de la corriente de polarización de entrada cuando cambia la temperatura. TCIB generalmente se representa como pa/c
7. Corriente de compensación de entrada (IOS). Este parámetro se refiere a la diferencia en la corriente que fluye hacia los dos terminales de entrada.
8. Deriva de temperatura de corriente de compensación de entrada (TCIOS) Este parámetro representa el cambio de la corriente de compensación de entrada cuando cambia la temperatura. TCIOS suele estar representado por pa/c.
9. Resistencia de entrada en modo diferencial (RIN) Este parámetro representa la relación entre el cambio en el voltaje de entrada y el cambio correspondiente en la corriente de entrada. Los cambios en el voltaje conducen a cambios en la corriente. Cuando se toman medidas en una entrada, la otra entrada se conecta a un voltaje de modo fijo ***.
10. Impedancia de salida (ZO) Este parámetro se refiere a la pequeña impedancia de señal interna equivalente del extremo de salida cuando el amplificador operacional opera en la región lineal.
11. Oscilación de voltaje de salida (VO) Este parámetro se refiere al valor pico a pico de la oscilación de voltaje máxima que se puede lograr sin bloquear la señal de salida. VO generalmente se define a una resistencia de carga y voltaje de suministro específicos.
El principio del amplificador operacional chopper-estabilizado en cero icl7650
12. El consumo de energía (Pd) se refiere a la potencia estática consumida por el dispositivo a un voltaje de suministro determinado. sin carga definido bajo condiciones.
13. Relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) Este parámetro se utiliza para medir la capacidad del amplificador operacional para mantener la misma salida cuando cambia la tensión de alimentación. PSRR generalmente se expresa como el cambio en el voltaje de compensación de entrada causado por cambios en el voltaje de suministro.
14. Velocidad de respuesta/velocidad de respuesta (SR) Este parámetro se refiere al valor máximo de la relación entre el cambio de voltaje de salida y el tiempo requerido para el cambio. SR generalmente usa V/? s se expresa como una unidad, a veces expresada como cambio positivo y cambio negativo respectivamente.
15. Corriente de alimentación (ICC, IDD) Este parámetro es la corriente de reposo consumida por el dispositivo a la tensión de alimentación nominal. Estos parámetros generalmente se definen en condiciones sin carga.
16. Ancho de banda de ganancia unitaria (BW) Este parámetro se refiere a la frecuencia máxima de operación del amplificador operacional cuando la ganancia en bucle abierto es mayor que 1.
17. Voltaje de compensación de entrada (VOS) Este parámetro indica la diferencia de voltaje que se debe aplicar al extremo de entrada cuando el voltaje de salida es cero.
18. Deriva de temperatura del voltaje de compensación de entrada (TCVOS) Este parámetro se refiere al cambio del voltaje de compensación de entrada causado por el cambio de temperatura. V/c es la unidad.
19. Capacitancia de entrada (CIN) CIN representa la capacitancia equivalente de cualquier terminal de entrada (el otro terminal de entrada está conectado a tierra) cuando el amplificador operacional opera en la región lineal.
20. Rango de voltaje de entrada (VIN) Este parámetro se refiere al rango de voltaje de entrada permitido cuando el amplificador operacional está funcionando normalmente (se pueden obtener los resultados esperados). El VIN generalmente se define en el voltaje de suministro nominal.
21. Densidad de ruido del voltaje de entrada (eN) Para los amplificadores operacionales, el ruido del voltaje de entrada se puede ver como una fuente de voltaje de ruido en serie conectada a cualquier entrada. eN generalmente se expresa en nV/raíz de Hz y se define en una frecuencia específica.
22. Densidad de ruido de la corriente de entrada (iN) Para amplificadores operacionales, el ruido de la corriente de entrada se puede considerar como dos fuentes de corriente de ruido, conectadas a cada terminal de entrada y al terminal público respectivamente, generalmente expresadas en pA/raíz Hz. y definido a una frecuencia específica.
Especificaciones del amplificador operacional:
Propósito general
Los amplificadores operacionales universales están diseñados para uso general. Las principales características de este tipo de dispositivo son el bajo precio, la gran cantidad, la amplia gama de productos y sus indicadores de rendimiento pueden ser adecuados para uso general. Ejemplos como mA741 (amplificador operacional único), LM358 (amplificador operacional dual), LM324 (amplificador operacional cuádruple) y LF356 con FET como etapa de entrada entran en esta categoría. Actualmente son los amplificadores operacionales integrados más utilizados.
Amplificador operacional de precisión
Amplificador operacional de precisión generalmente se refiere a un amplificador operacional con un voltaje de compensación inferior a 1 mV, enfatizando que el valor de deriva del voltaje de compensación con cambios de temperatura es inferior a 100 V. . Para las señales de entrada de CC, el VOS y su variación de temperatura deben ser lo suficientemente pequeños, pero para las señales de entrada de CA, también se deben considerar el ruido del voltaje de entrada y el ruido de la corriente de entrada del amplificador operacional. Estos dos ruidos son importantes en muchas aplicaciones. Al mismo tiempo, muchas aplicaciones requieren el uso de amplificadores operacionales programables de alta precisión (PVGA) para ajustar dinámicamente el factor de amplificación en la cadena de señal.
Existen algunos desafíos a la hora de seleccionar el mejor amplificador operacional de precisión cuando se utiliza para implementar diseños de procesamiento de entrada para muchos sensores de alta gama.
Cuando el tipo de sensor y/o su entorno de aplicación impone muchos requisitos especiales, como consumo de energía ultrabajo, bajo nivel de ruido, deriva cero, entrada y salida de riel a riel, estabilidad térmica confiable y miles de La selección del amplificador operacional se vuelve particularmente difícil cuando se trata de reproducibilidad de sublecturas y/o de proporcionar un rendimiento constante en condiciones operativas adversas.
En aplicaciones complejas basadas en sensores, los diseñadores deben considerar muchos aspectos para obtener un amplificador operacional de precisión con la mejor combinación de especificaciones y rendimiento, así como de costo. Específicamente, los amplificadores operacionales estabilizados por helicóptero (amplificadores de deriva cero) son ideales para aplicaciones que requieren voltaje de compensación ultra bajo y deriva cero. Los amplificadores operacionales de helicóptero logran una alta precisión de CC al ejecutar continuamente un mecanismo de calibración implementado en el chip.
La diferencia entre los circuitos amplificadores operacionales de precisión y los circuitos amplificadores operacionales ordinarios:
Los circuitos amplificadores operacionales ordinarios son generalmente similares en composición, mientras que los circuitos amplificadores de precisión tienen desacoplamiento, filtrado, etc. de la fuente de alimentación. Circuito especialmente diseñado. La principal diferencia es que el rendimiento de los amplificadores operacionales de precisión es mucho mejor que el de los amplificadores operacionales generales, como una amplificación de bucle abierto más grande, un CMRR más grande, una velocidad más lenta, GBW y SR generalmente más pequeños, un voltaje o corriente de compensación más pequeño y un voltaje de compensación más pequeño. deriva de temperatura. El rendimiento de un amplificador operacional de buena precisión es mucho menor que el de un amplificador operacional general. La compensación de un amplificador operacional general suele ser de unos pocos mV, mientras que un amplificador operacional de precisión puede ser tan pequeño como 1uV. Para amplificar señales pequeñas, se necesitan amplificadores operacionales de precisión. Los propios amplificadores operacionales comunes causarán una gran interferencia. Las mejoras a través de circuitos periféricos pueden generar ajustes pequeños o finos, pero no pueden generar cambios importantes o completos.
En el futuro, con la introducción de varios sensores nuevos, las personas tendrán requisitos de rendimiento cada vez mayores para los equipos electrónicos y se utilizará una gran cantidad de equipos de automatización. Los amplificadores de alta precisión con baja compensación y bajo ruido mostrarán su talento en campos como la electrónica médica, instrumentos de medición, electrónica automotriz y equipos de automatización industrial. Los indicadores de rendimiento de los amplificadores operacionales de alta precisión seguirán el ritmo de los tiempos y continuarán innovando en la dirección de menor voltaje, menor voltaje de compensación, menor variación de temperatura del voltaje de compensación, mayor ancho de banda, menor consumo de energía y mayor voltaje. También continuaremos innovando para satisfacer los crecientes requisitos de diseño de los clientes.
Los amplificadores operacionales de precisión más utilizados son el OP07 y sus series OP27, OP37, OP177 y OPA2333. Hay muchos más, como los productos de las empresas estadounidenses de AD, muchas de las cuales están dirigidas por OPA.
Tipo de alta impedancia
Este tipo de amplificador operacional integrado se caracteriza por una impedancia de entrada de modo diferencial muy alta y una corriente de polarización de entrada muy pequeña, generalmente RID > (109 ~ 1012) w, iib es de varios picoamperios a decenas de picoamperios.
La principal medida para lograr estos indicadores es utilizar las características de alta impedancia de entrada de los transistores de efecto de campo para formar la etapa de entrada diferencial del amplificador operacional. El uso de FET como etapa de entrada no solo tiene una alta impedancia de entrada y una baja corriente de polarización de entrada, sino que también tiene las ventajas de alta velocidad, banda ancha y bajo ruido, sino que también tiene un gran voltaje de compensación de entrada. Los dispositivos integrados comunes incluyen LF356, LF355, LF347 (cuatro amplificadores operacionales) y CA3130 y CA3140 con mayor impedancia de entrada.
Tipo de deriva de baja temperatura
En instrumentos de precisión, detección de señal débil y otros instrumentos de control automático, siempre se espera que el voltaje de compensación del amplificador operacional sea pequeño y no cambie con temperatura. Los amplificadores operacionales de deriva de baja temperatura están diseñados para este propósito. Los amplificadores operacionales de deriva de baja temperatura, alta precisión y uso común incluyen OP-07, OP-27, AD508 y el dispositivo de deriva cero estabilizado por helicóptero ICL7650 compuesto por MOSFET.
Tipo de alta velocidad
En convertidores A/D y D/A rápidos y amplificadores de vídeo, la tasa de conversión SR del amplificador operacional integrado debe ser muy alta y la ganancia unitaria El ancho de banda BWG debe ser suficientemente grande, esto no es adecuado para aplicaciones de alta velocidad como amplificadores operacionales integrados de uso general. Las principales características de los amplificadores operacionales de alta velocidad son su alta velocidad de respuesta y su amplia respuesta en frecuencia. Los amplificadores operacionales comunes incluyen LM318, mA715, etc. , donde Sr = 50 ~ 70 V/US, BWG > 20 MHz.
Tipo de bajo consumo de energía
Porque la mayor ventaja de la integración de circuitos electrónicos es que puede hacer que los circuitos complejos sean compactos. Portátil , por lo que tiene portabilidad
Amplificador operacional
Para ampliar el rango de aplicación de este instrumento, es necesario utilizar un amplificador operacional con bajo voltaje de alimentación y bajo consumo de energía. Los amplificadores operacionales de uso común incluyen TL-022C, TL-060C, etc. Su voltaje de funcionamiento es de 2 V ~ 18 V y el consumo de corriente es de 50 ~ 250 mA. En la actualidad, el consumo de energía de algunos productos ha alcanzado los microvatios. Por ejemplo, la fuente de alimentación del ICL7600 es de 1,5 V, el consumo de energía es de 10 mW y puede funcionar con una sola batería.
Tipo de alto voltaje y alta potencia
El voltaje de salida del amplificador operacional está limitado principalmente por la fuente de alimentación. En los amplificadores operacionales ordinarios, el voltaje de salida máximo es generalmente de solo unas pocas decenas de voltios y la corriente de salida es de solo unas pocas decenas de miliamperios. Para aumentar el voltaje o la corriente de salida, se debe agregar un circuito auxiliar además del amplificador operacional integrado. El amplificador operacional integrado de alto voltaje y alta corriente de la presente invención puede generar alto voltaje y alta corriente sin ningún circuito adicional. Por ejemplo, el voltaje de la fuente de alimentación del amplificador operacional integrado D41 puede alcanzar 150 V y la corriente de salida del amplificador operacional integrado Ma791 puede alcanzar 1 A.
Explicación
La elección correcta del amplificador operacional integrado
El amplificador operacional integrado es uno de los dispositivos más utilizados en los circuitos integrados analógicos. En varios sistemas compuestos por amplificadores operacionales, debido a los diferentes requisitos de aplicación, los requisitos de rendimiento de los amplificadores operacionales también son diferentes.
En ausencia de requisitos especiales, intente elegir un amplificador operacional integrado de uso general, que no solo pueda reducir los costos sino que también garantice fácilmente el suministro. Cuando utilice varios amplificadores operacionales en un sistema, intente elegir circuitos integrados de amplificadores operacionales múltiples, como LM324 y LF347, que son circuitos integrados que empaquetan cuatro amplificadores operacionales juntos.
La evaluación del rendimiento de un amplificador operacional integrado depende de su rendimiento general. El factor de calidad k se utiliza generalmente para medir la calidad del amplificador operacional integrado, que se define como: En la fórmula, SR es la tasa de conversión en V/ms. Cuanto mayor sea el valor, mejores serán las características de CA del amplificador operacional. ; Iib es la tasa de conversión del amplificador operacional. La corriente de polarización de entrada en nA es el voltaje de compensación de entrada en mV. Cuanto menores sean los valores de Iib y VOS, mejores serán las características de CC del amplificador operacional. Por lo tanto, para circuitos que amplifican señales de CA como audio y video, es más apropiado elegir un amplificador operacional con una SR (tasa de conversión) grande, para circuitos que procesan señales de CC débiles, la precisión de selección es relativamente alta (es decir, (la corriente de compensación, el voltaje de compensación y la deriva de temperatura son relativamente pequeños) el amplificador operacional es más adecuado.
Además de la cifra de mérito, se deben considerar otros factores al seleccionar un amplificador operacional integrado.
Por ejemplo, la naturaleza de la fuente de señal, ya sea una fuente de voltaje o una fuente de corriente, la naturaleza de la carga y si el voltaje y la corriente de salida del amplificador operacional integrado cumplen con los requisitos, si las condiciones ambientales y el rango de operación permitido; , rango de voltaje de funcionamiento, consumo de energía y volumen del amplificador operacional integrado Cumplen los requisitos.
Puntos de uso
1. Modo de alimentación del amplificador operacional integrado
El amplificador operacional integrado tiene dos terminales de alimentación VCC y -VEE, pero tienen diferentes Modos de suministro de energía. Para diferentes modos de suministro de energía, los requisitos para las señales de entrada son diferentes.
(1) Modo de alimentación dual simétrico
Los amplificadores de operación normalmente se alimentan de esta manera. El suministro positivo (E) y el suministro negativo (-E) en relación con el terminal macho (tierra) están conectados a los pines VCC y -VEE del amplificador operacional respectivamente. De esta manera, la fuente de señal se puede conectar directamente al pin de entrada del amplificador operacional y la amplitud del voltaje de salida puede alcanzar el voltaje de fuente de alimentación simétrico positivo y negativo.
(2) Modo de fuente de alimentación única
La fuente de alimentación única conecta el pin -VEE del amplificador operacional a tierra. En este momento, para garantizar que el circuito unitario interno del amplificador operacional tenga un punto de operación estático adecuado, se debe agregar un potencial de CC al extremo de entrada del amplificador operacional, como se muestra en la Figura 3.2.1. En este momento, la salida del amplificador operacional cambia con la señal de entrada de acuerdo con un cierto potencial de CC. Para el amplificador de CA en la Figura 3.2.1, el voltaje de salida del amplificador operacional es de aproximadamente VCC/2 en estado estático. Para aislar el componente de CC en la salida, se conecta el capacitor C3.
Figura 3.2.1 Circuito de alimentación única del amplificador operacional
2. Ajuste del punto cero del amplificador operacional integrado.
Debido a la influencia del voltaje de compensación de entrada y la corriente de compensación de entrada del amplificador operacional integrado, cuando la señal de entrada del circuito lineal compuesto por el amplificador operacional es cero, la salida a menudo no es igual a cero. . Para mejorar la precisión operativa del circuito, es necesario compensar los errores causados por el voltaje y la corriente de compensación. Este es el ajuste a cero del amplificador operacional. Los métodos de puesta a cero comúnmente utilizados incluyen el método de puesta a cero interna y el método de puesta a cero externa, pero para amplificadores operacionales integrados sin terminal de puesta a cero interna, se debe utilizar el método de puesta a cero externo. Tomando mA741 como ejemplo, la Figura 3.2.2 muestra un circuito de puesta a cero común. La Figura 3.2.2(a) muestra el circuito interno de puesta a cero; la Figura (b) es un circuito externo de puesta a cero.
3. Autooscilación del amplificador operacional integrado.
El amplificador operacional es un amplificador de múltiples etapas con un alto factor de amplificación, que es propenso a la autooscilación en el caso de una retroalimentación negativa profunda. Para que el amplificador funcione de manera estable, se necesita una determinada red de compensación de frecuencia para eliminar la autooscilación. La Figura 3.2.3 es el circuito utilizado para la compensación de fase.
Figura 3.2.2 Circuito de puesta a cero comúnmente utilizado en amplificadores operacionales Figura 3.2.3 Eliminación de autoexcitación de amplificadores operacionales
Además, se toman medidas para evitar oscilaciones de baja frecuencia o altas -La oscilación de frecuencia causada por la resistencia interna de la fuente de alimentación está integrada. Agregue un condensador electrolítico (10 mF) y un condensador de filtro de alta frecuencia (0,01 mF ~ 0,1 mF) a tierra entre los terminales de entrada de la fuente de alimentación positiva y negativa del amplificador operacional. . Como se muestra en la Figura 3.2.3.
4. Protección de amplificadores operacionales integrados
La protección de seguridad de los amplificadores operacionales integrados incluye tres aspectos: protección de la fuente de alimentación, protección de entrada y protección de salida.
(1) Protección de la fuente de alimentación. Las fallas comunes en las fuentes de alimentación son la polaridad inversa y los saltos de voltaje. La protección de conexión inversa de la fuente de alimentación y la protección de cambio repentino del voltaje de la fuente de alimentación se muestran en la Figura 3.2.4 (a) y (b). Para las fuentes de alimentación con bajo rendimiento, el exceso de voltaje a menudo ocurre en el momento en que se enciende y apaga la alimentación. En la Figura (b), la fuente de corriente FET y el regulador de voltaje se utilizan para la protección de sujeción. La regulación de voltaje del regulador de voltaje es mayor que el voltaje de operación normal del amplificador operacional integrado y menor que el voltaje de operación máximo permitido del amplificador operacional integrado. amplificador. La corriente del transistor de efecto de campo debe ser mayor que la corriente de funcionamiento normal del amplificador operacional integrado.
(2)Protección de entrada. Si el voltaje del modo diferencial de entrada del amplificador operacional integrado es demasiado alto o el voltaje del modo de entrada * * es demasiado alto (superando los parámetros límite del amplificador operacional integrado), el amplificador operacional integrado también se dañará. La Figura 3.2.5 muestra un circuito de protección de entrada típico.
Figura 3.2.4 Circuito de protección de la fuente de alimentación del amplificador operacional integrado Figura 3.2.5 Circuito de protección de entrada del amplificador operacional integrado
(3) Protección de salida. Cuando el amplificador operacional integrado está sobrecargado o la salida sufre un cortocircuito, se dañará si no hay un circuito de protección. Sin embargo, algunos amplificadores operacionales integrados están equipados con protección limitadora de corriente o protección contra cortocircuitos. No es necesario agregar protección de salida al usar estos dispositivos. Para amplificadores operacionales integrados sin limitación de corriente interna o protección contra cortocircuitos, se puede utilizar el circuito de protección de salida que se muestra en la Figura 3.2.6. En el circuito de la Figura 3.2.6, cuando la salida está protegida, la resistencia R desempeña el papel de protección limitadora de corriente.
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