Как выбрать операционный усилитель

несколько сотенPF。

3. Лучше всего использовать неинвертирующий усилитель для первого каскада многокаскадного операционного усилителя с однополярным питанием, чтобы характеристики неинвертирующего усилителя можно было использовать для согласования сигналов до и после, а на втором каскаде можно было использовать инвертирующее усиление.

4. Операционные усилители с функцией регулировки нуля напряжения смещения следует использовать с осторожностью.Если не уделять внимания подключению и проводке клеммы настройки, смещение будет больше, особенно температурный дрейф смещения.

5. Чем больше усиление, тем больше шум и больше ошибка усиления.

6. Чем больше коэффициент усиления без обратной связи, тем меньше ошибка усиления с обратной связью., Расчет коэффициента усиления в замкнутом контуре выполняется, когда коэффициент усиления в разомкнутом контуре предполагается бесконечным.

7. В качестве источника сигнала с высоким внутренним сопротивлением следует выбирать операционный усилитель с низким уровнем шума тока.

8. Чем меньше сопротивление вокруг операционного усилителя, тем меньше шум и смещение.Нижний предел выбора сопротивления определяется мощностью предварительного привода и потребляемой мощностью.

9. С тем же операционным усилителем, чем больше коэффициент усиления, тем больше выходное сопротивление.。

Меры предосторожности при выборе операционного усилителя-3

1. При усилении слабых сигналов учитывайте произведение коэффициента усиления на полосу пропускания операционного усилителя и оставляйте достаточное усиление без обратной связи;

Для сильного усиления сигнала необходимо полностью учитывать скорость преобразования (скорость нарастания) сигнала.。

2. Точность: Хотя ошибку напряжения смещения можно исправить с помощью программного обеспечения, следует максимально использовать операционный усилитель с меньшим напряжением смещения, чтобы снизить сложность проектирования.

Когда полное сопротивление источника питания или сопротивление цепи внешних резисторов велико, необходимо учитывать влияние входного тока смещения, а усилитель смещения нулевой температуры может дополнительно снизить сложность регулировки нуля системы в широком диапазоне температур.

3. Проблема настройки нуля интегрированного операционного усилителя.: Из-за влияния входного напряжения смещения и входного тока смещения интегрированного операционного усилителя, когда входной сигнал линейной схемы, состоящей из операционного усилителя, равен нулю, выходной сигнал часто не равен нулю. Чтобы повысить точность расчета схемы, необходимо компенсировать ошибки, вызванные напряжением смещения и током смещения — это регулировка нуля операционного усилителя. Обычно используемые методы настройки нуля включают внутреннюю настройку нуля (как показано на рисунке а) и внешнюю настройку нуля (как показано на рисунке b). Для операционных усилителей без клемм внутренней настройки нуля следует использовать методы внешней настройки нуля.шум: Смещение можно скорректировать на задней панели, но нельзя исправить шум, и необходимо полностью учитывать операционный усилитель.：

Рисунки a и b не показаны из-за старого и грязного набора, при необходимости загрузите исходный текст https://download.csdn.net/download/britripe/10633576, прости вас!

4. Дрейф нуля и температуры:

Для приложений постоянного тока, Многокаскадные усилители постоянного тока могут быть подключены только напрямую, и точка Q переднего каскада должна быть стабильной, чтобы не повлиять на последний каскад. Но этому мешает дрейф нуля и температуры передней ступени. Следовательно, необходимо выбрать клемму настройки нуля, чтобы облегчить настройку нуля и операционный усилитель с небольшим температурным дрейфом.И выходной шум снижается до второстепенного фактора.。

При общении приложений，Нет необходимости учитывать дрейф нуля и температуры，Выходной шум или другие показатели повышаются как основной фактор，Например, использование высокоскоростных операционных усилителей с полосой пропускания.

Операционный усилитель с биполярным входом иCMOSОсобенности и ограничения операционных усилителей

1. Применение операционных усилителей с биполярным входом очень обширно, и все устройства, включая входной каскад, состоят из биполярных транзисторов (транзисторов). Его входной ток смещения и смещения составляет сотни нА, типичное значение напряжения смещения составляет 10 мВ, а входное сопротивление разомкнутого контура составляет сотни。

2. КМОП операционный усилитель имеет высокое входное сопротивление и очень низкий ток смещения. Напряжение смещения выше, чем у биполярных операционных усилителей.CMOSУсилитель может работать в диапазоне Rail-to-Rail., Из-за низкого энергопотребления он подходит для использования с одним источником питания и низким напряжением. По сравнению с биполярными усилителями, КМОП-усилители обычно имеют более высокий шум.

3. Операционный усилитель BiFET — это аббревиатура от биполярного полевого транзистора. Он сочетает в себе две технологии: использование полевых транзисторов в переднем или входном каскаде и использование биполярных ламп в других частях. Следовательно, можно получить более широкую полосу пропускания, более низкий входной ток смещения, более высокий входной импеданс и более сильную управляемую способность, чем у биполярного типа. Но входное напряжение смещения обычно выше, чем у биполярных операционных усилителей.

Есть еще много чего. Если вам нужно узнать больше об операционных усилителях, вот полная статья! пожалуйста, обратите внимание

Собранные отзывы по звучанию ОУ. Часть 2. Выбор ОУ.

Вскоре последует несколько постов про ОУ. Пишу их в основном для себя, чтобы инфа всегда была под рукой. Может кому полезно будет. Информация собрана с различных форумов. Верить или не верить ей каждый решает сам…

Попробую заострить внимание на тех параметрах ОУ, которые желательно принимать во внимание при выборе данных приборов для работы в ПКД и линейных каскадах.

1) АЧХ и устойчивость. В большинстве своем (особенно ОУ 1 и 2 поколений) — это низкочастотные приборы, первый полюс АЧХ которых находится на частотах 1…200Гц. Далее у скорректированного ОУ АЧХ спадает с крутизной 6дБ/окт. Это означет, в первом приближении, что по графику его АЧХ без ООС можно определить глубину ООС на любой частоте при любом усилении.

Для выбора усиления и сохранения устойчивости прибора нужно принимать в расчет кроме АЧХ и ФЧХ. Фазовый сдвиг на выходе ОУ не должен превышать 90 гр в точке пересечения прямой, равной усилению каскада с цепью ООС на постоянном токе и АЧХ усилителя без ООС. Косвенно можно сделать вывод об устойчивости по нахождению второго полюса АЧХ — точки, где скорость спада АЧХ становится равной 12дб/окт. Прямая усиления на пост. токе всегда должна пересекать АЧХ ОУ без ООС выше этой точки.

У хороших ОУ с коррекцией устойчивости до единичного усиления, второй полюс расположен обычно ниже 0дБ на 3…6дБ. К таким из низкочастотных относятся OPA627, AD845, LT1122, AD843, AD841 и ряд других.

В некоторых ОУ, напр. AD843, AD841, более широкополосных по сравнению с аналогичными, повышение быстродействия и смещение первого полюса на частоты около 1кГц достигнуто за счет больших токов питания каскада УН и выхода.

В ОУ 3 и 4 поколений каскады первый полюс расположен на частотах 5…100кГц, но усиление на пост. токе несколько меньше за счет применения не двух, а одного усилительного каскада (каскад УН совмещени с дифкаскадом или образуют сломанный каскод). Это AD817, AD826, AD825 и др. Кроме широкополосности такие ОУ характеризуются повышенной собственной линейностью (без ООС). В ряде подобныхОУ применяется т.н. схема с ТОС и буферизацией инвертирующего входа. Классические примеры (отличающиеся, кстати и превосходными звуковыми свойствами — LM6171 и LT1363.

2) схемотехническое построение ОУ. Как известно, наибольшие искажения вносит каскад с ОЭ. Их большой уровень и жесткий спектр не позволяют ООС, охватывающий усилитель эффективно подавлять высшие гармоники и искажения сигналов частотами выше 1…2кГц. Поэтому нужно обращать внимание, на то, как построен каскад усиления напряжения в ОУ. Лучший вариант — каскод или сломанный каскод (AD797, AD817, AD829, AD825) Несколько хуже — дифференциальный каскад (OPA627) и связка ЭП+ОЭ (AD845, LT1122) либо симметричные токовые зеркала (AD823, AD8041, AD8055). Хуже всего — простой каскад с ОЭ (NE5532, LM833 и клоны (NJM4558 и т.п., отрыжка советского производства 157УД2)

Входной каскад может быть как на биполярных, так и на ПТ. При этом первый, если не приняты специальные меры по линеаризации (резисторы в цепи эмиттеров, классический пример — LM118, AD841, AD817), очень чувствителен к перегрузкам и ВЧ-помехам и может стать основным источником искажений ОУ. В частности, нужно ОЧЕНЬ аккуратно применять AD797, NE5534 и подобные с точки зрения входного каскада без эмиттерных резисторов или с оными малой величины.

Входной каскад на ПТ гораздо менее чувствителен ко всякой дряни на входе, но имеет собственные недостатки. В частности, большая паразитная емкость затвор-подложка, сильно нелинейна в зависимости от синфазного входного напряжения и может вызывать т.н. "водные искажения очень большого уровня на частотах выше 2…5кГц и сопротивлении источника сигналов более 5…10кОм. Причем этот эффект наблюдается только в неинв. включении и тем сильнее, чем больше синфазное входное, т.е. максимален в повторителе. ОУ с диэлектрической изоляцией (ОРА627, AD8610) в заметной мере избавлены от данного эффетка, но, к сожалению, не полностью.

Минимальны входные искажения у ОУ с минимальной входной емкостью, либо изоляцией диэлектриком (OPA627, биполярный повторитель LM110, AD823, AD8610)

Выходной каскад определяет способность работы ОУ на низкоомную нагрузку и цепь ООС. Наилучшими свойствами обладают симметричные каскады типа "параллельного повторителя" (AD797, AD817, LT1363, LM6171, AD845, AD825 и др.) или комплиментарного повторителя со смещением (ОРА627, OPA671, LM833). Неплохо работают квазикомплиментарные каскады с большим током покоя (AD843, LT1122). Хуже всего — комплиментарные и квазикомплиментарные каскады с малым током покоя — они плодят большие и жесткие искажения уже на нагрузках 5.8 кОм и ниже (AD744, NE5532, OPA604, 574УД1).

Особняком стоят ОУ с rail-to-rail выходом. Их вых. каскад — это каскад с ОЭ, но для снижения искажений в современных приборах 3 и 4 поколений используют специальные схемы типа симметричных токовых зеркал. ОУ с такими выходными каскадами могут обеспечивать превосходные параметры и отличное звучание. Как пример можно назвать AD823 и AD8065.

3) Скоростные и частотные свойства. Это весьма важный момент, по сути он определяет частотный диапазон постоянства глубины ООС и спектр искажений усилителя с ООС. Здесь особняком стОят так называемые ОУ с ТОС, обеспечивающие очень высокие скорости нарастания (до 10000В\мкс) и полосу усиления — до 1.5…2ГГц. Среди таких — AD811, THS3001, THS3062, EL2030, OPA603, мощные AD815, LT1795, THS6012 и множество других). Эти ОУ отличае очень низкий уровень и мягкий спектр искажений в звуковом диапазоне, высокая нагрузочная способность, большие входные токи и токи смещения, а также низкоомный инв. вход без ООС. Эти особенности делают данные ОУ крайне удачными для применения в преобразователях ток-напряжение и буферных каскадах при работе с источником сигнала с низким и стабильным выходным сопротивлением.

ОУ с обычной ООС (ООСН) в большинстве своем менее быстродействующие, но имеют эквивалентные входы и меньшие входные токи и токи смещения, что расширяет области их применения. Кроме того, по принципу своей работы, ОУ с ТОС не терпят емкости в цепи ООС, приводящей к самовозбуду, а это сильно ограничивает область их возможного применения.

Из классических широкополосных ОУ с ООСН наиболее известны и распространены AD817, AD829, AD825, AD826, AD8065, LT1363, LT1364, LM6171, LM6181, THS4041, OPA642, OPA671 и низковольтные AD8041, AD8047, AD8055.

Естественно, что у других фирм есть свои

В последние годы появились сравнимые по быстродействию ОУ с классической ООС, напр. THS4302, AD8045, но они, как правило, низковольтные, что определяет резкий рост искажений при увеличении амплитуды сигнала на выходе более +\-1В.

Вкратце примерно так. Конечно, тема ОЧЕНЬ обширна, и охватить ее в одном очень кратком мессе невозможно. Более того, будет интересно прочитать мнения о иных типах ОУ. Далее, в ближайшие дни, попробую коснуться других свойств ОУ, помимо вышеперечисленных.

1) AD826 — это два AD817 в одном корпусе с уменьшенными токами каскадов. Они устойчивы до К = 1 с запасом 2дБ, т.е. достаточно большим. Самовозбуд может иметь место при неудачной трассировке или шунтировании питания и обычно легко устраняется полипропиленовыми WimaFKP2 рядом с корпусом микросхемы, что у Вас уже сделано. Поэтому самовозбуд маловероятен.

Температура 45…50С — нормальная рабочая для большинства широкополосных ОУ. В ряде случаев может быть и выше.

недостаток ВЧ скорее всего связан с тем, что фильтр расчитывался под ОР275, а характеристики фильтра связаны с петлевым усиление ОУ. У 275-го оно на частотах выше 10кГц довольно мало и номиналы ФНЧ будут отличатся от расчетных для идеального ОУ. У 817 петлевое усление уже на частотах выше 1…3кГц значительно выше и ФНЧ нужно пересчитать.

Насчет ОР275 и другиОУ "for audio". В большинстве случаев такая надпись означает, что данные приборы более ни на что не пригодны.

AD823, AD8620, AD8066 относятся к ОЧЕНЬ хорошим ОУ, в том числе и по параметрам, и по звуку. Причем последний — ОУ 5 поколения, а предпоследний — переходный 4\5. При замене следует помнить, что у последних двух питание не должно превышать +\-13В. В этом случае не нужно опасаться никаких нагревов. Они находятся все в пределах допустимого.

Цитата Сообщение от Zloi_Santa

Уважаемый Lynx, расскажите пожалуйста поподробнее о специфике аудио-применения ( питания, топологии. ) т.н. "бустерных" усилителях.

Я планирую сделать краткий обзор буферных микросхем с единичным и неединичным коэффициентом передачи. немного погодите, денек-другой.

Частично данную тему озвучил коллега INDIGOtech, я со своей стороны попробую осветить те моменты, которые остались "за кадром"

Цитата Сообщение от Рабинович

А какой бы вы задействовали операционник в качестве нормирующего усилителя с к.ус. 10 — 15 (50мв — 500мв)?

Как на ваш взгляд-слух OPA2604 ?

ОРА604 — это, если можно так выразится, ОУ "начального" уровня из неплохих. У него есть ряд заметных недостатков, в частности, большая входная емкость, квазикомплиментарный выходной каскад с малым током покоя, и внутренняя схема компенсации искажений, которая при низком быстродействии этого ОУ, скорее создает больше проблем, чем их решает.

Дальнейшее развитие этого ОУ — ОРА132. Его версия ОРА134 (specially for audio) — несколько ухудшенный вариант. По имеющимся сведениям, в них отсутствует цепь компенсации исккажений и улучшена работа входного каскада и УН с точки зрения дрейфа и смещений, а таже ОЧЕНЬ существенно снижена входная емкость.

Цитата Сообщение от Sander’Z

Вы пишете об увеличении искажений при уменьшении нагрузки дл 5.8кОм, но в даташите на OPA2604 сказано DRIVES 600W LOADS, и графики зависимости искажений от частоты и вых. напряжения даны для нагрузки 1кОм. Где подвох?

Подвоха нет нигде. Просто при данных сопротивлениях нагрузки — 1кОм, искажения заявлены в даташите. Они хотя и невелики, но обладают жестким спектром, в котором гармоники с высокими номерами не меньше таковых с более низкими. Заметность таких искажений весьма высока. Более того, относительно небольшой уровень искажений обеспечивается очень большой глубиной ООС, что говорит о невысокой собственной линейности данных ОУ. Обратите внимание, что собственный Ку на пост. токе у ОРА604 — около 120дБ и начинает падать с 10Гц, а это означает, что с той же частоты начинается изменение глубины ООС и дополнительные изменения спектра искажений.

Гораздо более правильно обеспечить либо а) постоянство глубины ООС в звуковом диапазоне и бОльшую линейность исходного усилителя, либо б) подобный характер собственного усиления, но, опять же с большой собственной линейностью и меньшим собственным Ку. Либо обеспечить и большой Ку и высокую линейность, но это уже связано с очень большими технологическими затратами и высокой (и неадекватной звучанию) ценой прибора.

Цитата Сообщение от Grigori G.

Мой небольшой опыт с AD8066 показал, что он при +/-12в сильно грелся

Это совершенно нормально. Рабочие токи каскадов этих ОУ довольно велики, что определяет и высокую линейность, и широкополосность, а нормальная рабочая температура корпуса в режиме покоя может запросто составлять 50…70С. могу со своей стороны сказать, что у меня вызывает некие вопросы ОУ, который не греется. По сути это означает, что а) прибор работает в режиме микротоков и, соответственно не может обеспечить сколь-нибудь приемлемых частотных характеристик и быстродействия, б) прибор работает с низким напряжением питания и тем самым практически на 100% гарантирует быстрый рост искажений при амплитуде на выходе более +\-1В, в) выходной каскад прибора работает в режиме, близком к В и дает жесткий и широкий спектр искажений на выходе при работе на нагрузки менее 10…15кОм.

Цитата Сообщение от nerv Посмотреть сообщение

Расскажите пожалуйста об ОУ в составе DAC.Можно их использовать для

преобразования I/U? Кстати, я нигде не встречал в даташитах на ЦАПы

описание параметров встроенных ОУ.

По имеющимся у меня сведениям, ОУ на подложках микросхем ЦАП не отличаются особо высоким качеством.

В основном это ОУ, аналогичные по структуре небезызвестным AD711, т.е. двухкаскадные, с первым полюсом порядка 10Гц, устойчивые с К = 1, скоростью нарастания около 15…20В\мкс и коэфиициентом усиления на постоянном токе порядка 100…110дБ. Вход — скорее всего полевой, на n-канальных транзисторах, выход — квазикомплиментарный, npn. В качестве корректирующей емкости используется емкость изолирующего pn-перехода.

Поскольку для того, чтобы ЦАП обеспечивали требуемую стабильность параметров, во встроенных ОУ по сравнению с их независимыми аналогами снижены токи питания каскадов и ток покоя выходного каскаада, а для упрощения схемы, защита выходного каскада от КЗ выполняется по схеме плавного ограничения тока, что создает дополнительные искажения.

Ценность встроенных ОУ состоит только в упрощении схемы включения ЦАП и сокращении количества элементов. Они ПО ВСЕМ параметрам уступают ОУ в отдельных корпусах и по возможности, встроенные ОУ в схемах качественных ЦАП использовать не следует. При этом надо не забывать обязательно землить второй вход такого ОУ.

Рысь, спасибо за ответ.

Удивительный факт: -Сами буржуи рекомендуют в даташитах после ЦАПа

ставить отстойные операционники.Примеров тому много:

AD1862-I/U NE5534; AD1865-I/U встроенный, LPF NE5532;

AD1853-I/U и LPF OP275; PCM1794 и PCM1798-NE5534.

Как раз именно те ОУ, которые ставить нельзя. Отсюда и вопрос: параметры ЦАП в даташитах приводятся с учетом именно этих ОУ в объвязке?

Ответ — сами буржуи рекомендуют те ОУ, которые А0 рекомендованы отделами маркетинга фирм-производителей ИМС по договоренности друг с другом, б) которые дают гарантированнный среднестатистический результат без каких-либо дополнительных интеллектуальных усилий.

Источник — личная переписка d 1998…2000гг. с W. Jung-ом, ведущим инженером Analog Devices.

параметры ЦАП приводятся, если таковое указано, в типовой схеме включения, публикуемой в даташите. Если в ней применены указанные ОУ, то, соответственно, с ними в окружении.

Надеюсь обзор по буферам представить завтра. насчет BUF634. Альтернатив немало. Во-первых — дискретный "параллельный" повторитель на транзисторах с малым изменением беты в рабочем диапазоне токов — напр. 2SC1837\2SC4793 или 2SA1358\2SC3421. Прямая замена, в том числе по структуре но с заметно меньшими искажениями и их зависимостью от нагрузки.

Во-вторых, старые гибридные буферы — LH0033, LH0063 и монолитный BUF03. Причем последний обладает исключительно высокими звуковыми качествами, благодаря мягкому спектру искажений.

В-третьих, буферы с ООС на основе мощных ОУ с ТОС. Отличные результаты дают AD811, OPA603 и более мощные AD815, THS6012, LT1795.

Вот и пришла пора очередной части обзора ОУ, касающейся весьма малочисленной, но тем не менее популярной группы приборов под общим названием буферные усилители.

По сути эта группа является неким артефактом тех времен, когда технология производства ОУ не позволяла в едином процессе создавать маломощные и мощные структуры, но при этом разработчикам зачастую необходимо было обеспечить работу ОУ, либо источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением на тяжелые нагрузки.

Все буферные микросхемы разделяются на две основные группы — буферы без ООС и буферы с замкнутой петлей ООС.

Исторически первыми появились буферы без ООС в гибридном исполнении. Первые образцы таковых относятся к 65…69 годам прошлого столетия, а серийно начали выпускаться с начала 70-х годов. Типичный представитель — LH0002 (National Semiconductor), представляющий собой гибридный "параллельный" повторитель на основе бескорпусных транзисторов и толстопленочных резисторов. Его параметры (для 1971 года) были ВЕСЬМА впечатляющи — полоса 30МГц и скорость нарастания 200 В/мкс при токе покоя 10мА.

Желание иметь в номенклатуре повторители с большим входным сопротивлением по постоянному току и появление полевых транзисторов со стабильными параметрами привело к созданию гибридных биполярно-полевых буферов. Отсутствие ограничения по росту входного тока из-за небольших коэффициентов передачи тока биполярных транзисторов, позволило существенно поднять быстродействие за счет увеличения токов питания каскадов. Таковым, в частности, являются LH0033 (National Semiconductor), HA5033 (Intersil, повторитель с ассиметричным входом, ток покоя 25 мА, полоса 100 МГц, скорость нарастания 1400 В/мкс) и LH0063 (National Semiconductor, полностью симметричный повторитель, ток покоя 50 мА, полоса 200 МГц, скорость нарастания 6500 В/мкс). такие параметры по быстродействию весьма высоки даже на сегодняшний день.

Ввиду недостатков гибридных ИМС — больших габаритов и невысокой технологичности по мере развития монолитных технологий, привели к сокращению и снятию таковых изделий с производства и замене их на монолитные ИМС.

Одним из первых монолитных буферов стал легендарный BUF03 от PMI (в последствии поглощенной Analog Devices). Это сложный биполярно-полевой повторитель с ассиметричным входом и системой термостабилизации, обеспечивающий при токе покоя 25мА скорость нарастания в 220 В/мкс и выходной ток до 100мА. При этом прибор обеспечивает малый уровень и низкий порядок нелинейности и очень малый входной ток. По звуковым свойствам, на мой взгляд, этот буфер остается непревзойденным и на сегодняшний день. К сожалению, сложность его технологии привела к тому, что этот дорогой прибор был снят с производства и заменен более технологичным BUF04 (о нем чуть позже)

Низкая технологичность монолитных биполярно-полевых структур для техпроцессов 70-х годов логично привела к созданию монолитных "параллельных" повторителей. Их выпускали многие фирмы, наиболее известные — это BUF634 (ток покоя 15мА, полоса — 180МГц, скорость — 2000В/мкс), OPA633 (ток покоя 20мА, полоса — 260МГц, скорость — 2500В/мкс) — Burr Brown/Texas Instruments, LM6121 (ток покоя 20мА, полоса — 50МГц, скорость — 800В/мкс) и др.

Общий недостаток таких повторителей — снижение линейности при росте нагрузки из-за падения "беты" транзисторов при росте токов коллекторов.

Все буферы без внутренней общей ООС отличает большой ток потребления (для обеспечения линейности и достаточного быстродействия приборов), довольно быстрый рост искажений с ростом амплитуды и снижением сопротивления нагрузки, стабильность при работе на любые типы нагрузки. Их самостоятельное применение в звуковых цепях (вне петли ООС с доп. ОУ) зачастую придает звуку "тяжеловатый" характер и некоторую "грязность". Поэтому при необходимости использования именно симметричного параллельного повторителя и высоких требованиях к качеству, вместо таких буферов лучше ставить дискретный параллельный ЭП на высоколинейных транзисторах. Неплохие результаты получаются при использовании однотактного повторителя с источником тока либо на высоколинейных биполярных транзисторах (лучше PNP, их собственная линейность при прочих равных условиях и одинаковой технологии транзисторов несколько выше) или ПТ средней мощности с затвором на основе PN перехода (J310, 2П601, 2П903). Исключение составляют гибридные приборы LH0033 и LH0063 и монолитный BUF03, обеспечивающие за счет быстроспадающего спектра гармоник легкий, чистый, воздушный звук.

Вторая большая группа буферов — это буферы с внутренней петлей ООС. По сути, они представляют (в большинстве своем) ОУ с ТОС с внутренней ООС сконфигурированной для единичного усиления. Их типичные представители — BUF04 от AD (ток покоя 8.5мА, скорость 3000В/мкс, полоса 110МГц, по сути — модифицированный AD810), CLC110 от NSC (ток покоя 20мА, скорость 500В/мкс, полоса 400МГц, но питание до +\-7В) и подобные. Несколько отличаются от симметричных буферов структурой и свойствами ассиметричный LT1010 и буфер с низкой входной емкостью LM110. Первый, как по параметрам, так и по звуковым свойствам, уступает симметричным, а второй имеет низкое быстродействие и небольшой выходной ток, и главная его особенность — это малая и стабильная величина входной емкости.

Для таких буферов характерен гораздо более низкий уровень и более широкий спектр искажений, стабильность коэффициента передачи в температурном диапазоне и при изменении нагрузки, их переходная характеристика более зависима от характера импеданса нагрузки.

При необходимости такие буферы можно выполнить самостоятельно на основе ОУ с ТОС, напр., AD810, AD811, AD815, LT1795, OPA603 и т. п., сконфигурированных в схему работы повторителем. Обычно такой режим специально оговаривается в даташите. Поскольку класс буферных микросхем является "вымирающим видом", то использование широкополосных ОУ с ТОС в качестве буферов с К = 1 является довольно удачным вариантом, учитывая их доступность и отличные звуковые качества и параметры. Собственно, такой вариант их использования рекомендуют и производители (см., в частности OP Amp Applications от AD).

Использование мощных ОУ с ООСН в качестве буферов не всегда можно признать удачным, ввидк невысокого быстродействия, сильного изменения глубины ООС и, соответственно, уровня искажений даже в не особо широком диапазоне частот, а также большой (максимальный из всех возможных схем включения при К = +1) уровень синфазного входного напряжения, определяющий большое параметрическое изменение входной емкости и, соответственно, угрозу возникновения "входных" искажений, особенно в ОУ с изоляцией структур PN-переходом. В какой-то мере последний эффект уменьшен в ОУ с изоляцией диэлектриком (OPA627, AD8610) и с гибридным входным каскадом (AD843, LH0032), но при этом все-равно остаются вопросы с синфазным сигналом, воздействующим на входной дифкаскад и с изменением петлевого усиления начиная от частоты в десятки — сотни Гц.

К сожалению, на сегодняшний день, все наиболее интересные интегральные буферы (LH0033, LH0063, BUF03, BUF04) давно сняты с производства, но еще доступны на складах, правда стоят довольно дорого (10…100$ за штуку). Лично моё предпочтение из всех перечисленных или означенных выше приборов — BUF03. LH0033 и 0063 тоже очень хороши, но, к сожалению, дороги и попадается большое количество бракованных приборов, даже не б/у, видимо на склады выкупался заводской брак.

AD828 — это тот же AD826 (одиночная версия — AD817), только скорректированный для К > +2, а также без компенсации нелинейности выходного каскада. Применял его в буферных какскадах перед видео-АЦП.

AD744 — очень хороший ОУ, если его правильно применять. Главная проблема этого прибора — выходной каскад с малым током покоя и с транзисторами с большим изменением беты. Он вносит главный вклад в искажения 744-го. входной же каскад выполнен на полевиках с малой крутизной и большим напряжением отсечки, кроме того, в истоковых цепях стоят еще и резисторы. Это определяет высочайшую перегрузочную способность входа AD744 и очень низкий уровень искажений (входные искажения за счет нелинейности емкости затвор-подложка в данном контексте не рассматриваем, это совсем другое явление).

вообще же, из AD744 и любого ОУ с ТОС с мощным выходом и хорошей собственной линейностью "на ура" делается великолепнейший "композитный усилитель"

Умощнение AD826-го довольно сложное занятие виду ряда факторов, в частности меньшего запаса устойчивости и большей широкополосности. Композиты с AD826 будут весьма склонны к самовозбудам, в том числе динамическим, в зависимости от сигнала, а низкое собственное усиление 826-го не позволит организовать эффективную ООС всего композита.

AD815 — сдвоенные и обладают более мощным выходным каскадом по сравнению с AD811. Применять их в композите можно с не меньшим успехом. Все параметры по смещению, входному току, дрейфу, и т.п. будут определяться таковыми входного ОУ. Балансировка нуля может производится штатными средствами AD744.

Модели операционных усилителей

Хотя упоминание об операционных усилителях обычно вызывает воспоминание о полупроводниковых устройствах, построенных как интегральные микросхемы на миниатюрном кремниевом чипе, первые операционные усилители были фактически схемами на электронных лампах. Первый коммерческий операционный усилитель общего назначения был изготовлен компанией George A. Philbrick Researches, Incorporated в 1952 году. Обозначенный как K2-W, он был построен на двух сдвоенных триодных лампах, смонтированных вместе с восьмивыводным разъемом для легких установки и обслуживания в шасси электронного оборудования той эпохи. Сборка выглядела примерно так:

Операционный усилитель Philbrick Researches, модель K2-W

Принципиальная схема представляет собой две лампы, а также десять резисторов и два конденсатора, довольно простая схема даже по стандартам 1952 года:

Операционный усилитель K2-W, принципиальная схема

В случае если вы не знакомы с работой электронных вакуумных ламп, они работают аналогично полевым транзисторам с изолированным затвором (IGFET) с обедненным каналом N-типа: то есть они проводят большой ток, когда управляющая сетка (пунктирная линия) становится более положительной по напряжению по отношению к катоду (изогнутая линия в нижней части условного обозначения лампы), и проводят меньше тока, когда управляющая сетка по напряжению менее положительна (или более отрицательна), чем катод. Лампа двойного триода слева работает как дифференциальная пара, преобразующая дифференциальные входные сигналы (сигналы напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах) в один усиленный сигнал напряжения, который затем подается на управляющую сетку левого триода второй триодной пары через делитель напряжения (1 МОм – 2,2 МОм). Этот триод усиливает и инвертирует выходной сигнал дифференциальной пары для получения большего коэффициента усиления по напряжению, затем усиленный сигнал подается на второй триод этой же лампы двойного триода в схеме неинвертирующего усилителя для получения большего коэффициента усиления по току. Две неоновые «светящиеся лампы» действуют как стабилизаторы напряжения, аналогично поведению полупроводниковых стабилитронов, для обеспечения напряжения смещения в соединении между двумя несимметричными триодными усилителями.

При напряжении двуполярного источника питания +300/-300 вольт этот операционный усилитель мог развивать выходное напряжение только до +/- 50 вольт, что очень плохо по сегодняшним стандартам. Он имел коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой петле обратной связи от 15000 до 20000, скорость нарастания +/- 12 вольт/микросекунда, максимальный выходной ток 1 мА, потребляемую мощность более 3 Вт (без учета ламп накаливания!), и стоил около 24 долларов в 1952 году. Лучшей производительности можно было бы достичь, используя более сложную конструкцию схемы, но только при большем энергопотреблении, большей стоимости и пониженной надежности.

С появлением твердотельных транзисторов стали возможны операционные усилители с гораздо меньшим энергопотреблением и повышенной надежностью, но многие другие параметры производительности остались примерно такими же. Возьмем, к примеру, модель P55A от Philbrick, твердотельный операционный усилитель общего назначения примерно 1966 года. P55A демонстрировал коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи 40000, скорость нарастания 1,5 вольт/мкс и размах выходного сигнала +/- 11 вольт (при напряжении источника питания +/- 15 вольт), максимальный выходной ток 2,2 мА и стоимость 49 долларов (или около 21 доллара для версии «широкого потребления»). P55A, как и другие операционные усилители линейки Philbrick, имел дискретную компонентную конструкцию, состоящую из транзисторов, резисторов и конденсаторов, помещенных в твердый «кирпич», напоминающий большой корпус интегральной микросхемы.

Построить неточный операционный усилитель на дискретных компонентах нетрудно. Схема одной такой схемы показана на рисунке ниже.

Простой операционный усилитель, выполненный на дискретных компонентах

Несмотря на то, что его производительность по современным стандартам довольно неутешительна, он демонстрирует, что для создания минимально функционирующего операционного усилителя сложность не требуется. Транзисторы Q3 и Q4 формируют сердце другой схемы дифференциальной пары, полупроводникового эквивалента первой триодной лампы в схеме K2-W. Как и в схеме с электронной вакуумной лампой, назначением дифференциальной пары является усиление и преобразование дифференциального напряжения между двумя входными клеммами в выходное несимметричное напряжение.

С появлением технологии интегральных микросхем (ИМС) в конструкциях операционных усилителей произошло резкое увеличение производительности, надежности, плотности и экономичности. Между 1964 и 1968 годами корпорация Fairchild представила три модели микросхем операционных усилителей: 702, 709 и всё еще популярный 741. Хотя 741 в настоящее время считается устаревшим с точки зрения производительности, он по-прежнему пользуется популярностью среди любителей за свою простоту и отказоустойчивость (например, защита от короткого замыкания на выходе). Личный опыт использования множества операционных усилителей 741 привел меня к выводу, что его сложно убить.

Внутренняя принципиальная схема операционного усилителя модели 741 показана на рисунке ниже.

Операционный усилитель, модель 741. Принципиальная схема

По стандартам интегральных микросхем 741 является очень простым устройством: пример низкой степени интеграции, или технологии SSI (small-scale integration). Сборка этой схемы на дискретных компонентах стоила бы усилий, поэтому вы можете увидеть преимущества даже самой примитивной технологии интегральных микросхем по сравнению с дискретными компонентами, когда задействовано большое количество элементов.

Радиолюбителям, студентам и инженерам, желающим повысить производительность, на выбор предлагаются сотни моделей операционных усилителей. Многие продаются по цене менее доллара за штуку даже в розницу. Операционные усилители специального назначения, измерительные (инструментальные) и радиочастотные, могут быть немного дороже. В этом разделе я продемонстрирую несколько популярных и доступных операционных усилителей, сравнивая их технические характеристики. Достопочтенный 741 включен в качестве «эталона» для сравнения, хотя он, как я уже говорил, считается устаревшим.

Модели операционных усилителей

В приведенной выше таблице перечислены лишь некоторые из недорогих моделей операционных усилителей, широкодоступных у поставщиков электроники. Большинство из них доступно в розничных магазинах. Все цены ниже 1 доллара. Как вы можете видеть, между некоторыми из этих устройств наблюдается существенная разница в производительности. Возьмем, к примеру, параметр входного тока смещения: CA3130 выигрывает приз за самое низкое значение, 0,05 нА (или 50 пА), а LM833 имеет самое высокое значение, чуть более 1 мкА. Модель CA3130 достигает своего невероятно низкого тока смещения благодаря использованию MOSFET транзисторов в своем входном каскаде. Один производитель объявляет входное сопротивление 3130 равным 1,5 тераом, или 1,5 x 10 12 Ом! Другие операционные усилители, показанные здесь, с низкими значениями тока смещения используют на входах полевые транзисторы (JFET), в то время как модели с высоким током смещения используют на входах биполярные транзисторы.

В то время как 741 указывается в схемах многих электронных проектов и демонстрируется во многих учебниках, его производительность во всех отношениях давно обойдена другими конструкциями. Некоторые конструкции, даже изначально основанные на 741, с годами были улучшены, чтобы значительно превзойти первоначальные технические характеристики. Одним из таких примеров является модель 1458, два операционных усилителя в 8-выводном DIP корпусе, которая когда-то имела те же характеристики производительности, что и одиночный 741. В своем последнем воплощении он может похвастаться более широким диапазоном напряжений источника питания, скоростью нарастания напряжения в 50 раз выше и почти вдвое большим выходным током по сравнению с 741, при этом сохранив функцию защиты от короткого замыкания как в 741. Операционные усилители с полевыми транзисторами (JFET и MOSFET) на входах значительно превосходят характеристики 741 по току смещения и, как правило, превосходят 741 по ширине полосы частот и скорости нарастания напряжения.

Мои персональные рекомендации для операционных усилителей таковы: когда приоритетом является низкий ток смещения (например, в схемах низкоскоростных интеграторов), выбирайте 3130. Для работы усилителя постоянного тока общего назначения хорошую производительность предлагает модель 1458 (и вы можете получить два операционных усилителя в одном корпусе). Для повышения производительности выбирайте модель 353, так как это совместимая по выводам замена для 1458. 353 разработан с входной схемой на полевых транзисторах для получения очень низкого тока смещения и имеет полосу пропускания, в 4 раза большую, чем у 1458, хотя его ограничение по выходному току ниже (но выход всё еще имеет защиту от короткого замыкания). Может быть, его будет труднее найти на полке вашего местного магазина радиодеталей, но он всё еще продается по разумной цене, как и 1458.

Если требуется низкое напряжение питания, я рекомендую модель 324, так как она работает при постоянном напряжении 3 В. Ее требования к входному току смещения также низки, и она предоставляет четыре операционных усилителя в одной 14-выводной микросхеме. Ее основными недостатками являются скорость, полоса пропускания, ограниченная до 1 МГц, и скорость нарастания выходного напряжения только 0,25 вольт в микросекунду. Для схем высокочастотных усилителей хорошо подходит модель «общего назначения» 318.

Операционные усилители специального назначения, доступные по скромной цене, обеспечивают лучшие технические характеристики. Многие из них выполнены для определенного типа преимуществ по производительности, таких как максимальная полоса пропускания или минимальный ток смещения. Возьмем, для примера, операционные усилители в таблице ниже, оба из которых рассчитаны на высокую пропускную способность.

CLC404 стоит 21,8 долларов (почти столько же, сколько первый коммерческий операционный усилитель Джорджа Филбрика, хотя и без поправки на инфляцию), а CLC425 стоит немного дешевле – 3,23 доллара за штуку. В обоих случаях высокая скорость достигается за счет высоких токов смещения и ограниченных диапазонов напряжения питания.

Некоторые операционные усилители, рассчитанные на высокую выходную мощность, перечислены в таблице ниже.

Да, на самом деле LM12CL имеет номинальный выходной ток 13 ампер (13000 миллиампер)! Он стоит 14,4 долларов, что не так уж и много, учитывая мощность устройства. LM7171, с другой стороны, обменивает способность высокого выходного тока на способность быстрого изменения выходного напряжения (высокой скорости нарастания напряжения). Он стоит 1,19 доллара, примерно столько же, сколько стоят некоторые операционные усилители общего назначения.

Также могут быть приобретены сборки усилителей, готовые к применению, в отличие от голых операционных усилителей. Например, корпорации Burr-Brown и Analog Devices, давно известные своими линейками прецизионных усилителей, предлагают в заранее разработанных корпусах инструментальные усилители, а также другие специализированные усилительные устройства. В конструкциях, где важны высокая точность и повторяемость после ремонта, разработчику может быть выгоднее выбрать такой заранее спроектированный усилительный «блок», а не создавать схему из отдельных операционных усилителей. Конечно, эти устройства обычно стоят немного больше, чем отдельные операционные усилители.