Нове сімейство високоточних іонів від TI
За своєю точністю і ефективності нове сімейство іонів REF50xx наближаються до прихованих (buried) зенеровскім диодам, але при цьому мають більш [[низьку вартість]]
Прецизійний ОУ з однополярним живленням, e-Trim ™ точністю і низьким рівнем шуму
Texas Instruments представила [[оперативної підсилювач]] з однополярним живленням
Тенденції застосування електронних компонентів спрямовані на зниження енергоспоживання і вартості, тому в сучасних виробах використовується однополярної харчування, і з кожним роком значення живлячих напруг зменшуються. У статті розглянуті основні проблеми, з якими стикається розробник при використанні операційних підсилювачів в схемах з [[однополярним живленням]].
У першій частині статті, присвяченій побудові високочастотних схем на операційних підсилювачах, розглядаються характеристики ОУ, важливі з точки зору високочастотної техніки.
оявленіе швидкодіючих операційних підсилювачів (ОУ) зробило їх привабливим рішенням для застосування в радіочастотних ланцюгах. Розробники, що використовують ОУ в підсилюючих каскадах, отримують деякі переваги, наприклад простоту реалізації. Традиційні методи проектування ВЧ-систем із застосуванням дискретних транзисторів практикувалися протягом десятиліть. Проектувальники недорогих систем, чутливих до вартості, можуть задатися питанням: «Навіщо міняти транзистор за кілька центів на компонент вартістю кілька доларів?» У той же час, розробники високоякісних систем хотіли б використовувати ОУ в своїх проектах, але відчувають сумніви в зв'язку з неминучими витратами часу на вивчення нових технологій.
При використанні дискретних транзисторів зміщення і робоча точка транзистора впливають на посилення та налаштування каскаду. При використанні ж ОУ розробнику необхідно всього лише підключити відповідний джерело живлення до висновків харчування ОУ. При ретельному опрацюванню схеми їм може знадобитися тільки одне джерело живлення. Коефіцієнт посилення каскаду визначається двома резисторами і не впливає на налаштування каскаду.
На відміну від транзисторів, при використанні ОУ ефекти теплового дрейфу характеристик практично повністю виключені.
Якщо використовується однополярної харчування від єдиного джерела, то необхідно встановлювати робочу точку. Ця процедура значно простіше установки зміщення транзисторного каскаду.
З самого початку слід обумовити відмінність в термінології, яке може привести до непорозумінь. Розробники радіочастотних систем використовують в якості одиниць виміру коефіцієнта посилення децибели (дБ) по потужності. При цьому коефіцієнт посилення 10 дБ відповідає посиленню в десять разів, 20 дБ - посилення в 100 разів. Розробникам ж операційних підсилювачів більш звичні величини, виражені в децибелах по напрузі, що не залежать від повного опору і відрізняються від децибелів по потужності множником, рівним двійці. В одиницях децибелів по напрузі 20 дБ відповідають посиленню в 10 разів, 40 дБ - посилення в 100 разів.
Розробник повинен вирішити, які ОУ краще використовувати в проекті: зі зворотним зв'язком по напрузі або зі зворотним зв'язком по струму? Значення смуги пропускання, що приводиться в технічних даних ОУ, відноситься до тієї точки, де твір одиничного коефіцієнта посилення на ширину смуги пропускання зменшується на 3 дБ (по напрузі) за рахунок внутрішньої компенсації або паразитних компонентів. Це не дуже зручно для визначення фактичного діапазону робочих частот пристрою.
Смуга пропускання підсилювача зі зворотним зв'язком по напрузі і внутрішньої компенсацією визначається внутрішнім «домінуючим полюсом», пов'язаним з компенсуючим конденсатором. Це призводить до того, що твір коефіцієнта підсилення на ширину смуги пропускання є постійною величиною. Підсилювачі з струмового зворотним зв'язком можуть працювати набагато ближче до своєї максимальної частоті з більш високим коефіцієнтом посилення. Іншими словами, в цьому випадку залежність коефіцієнта посилення від смуги пропускання значно менше.
Для ілюстрації можна порівняти ОУ зі зворотним зв'язком по напрузі і по струму:
- THS4001, підсилювач зі зворотним зв'язком по напрузі і шириною смуги пропускання 270 МГц (-3 дБ по напрузі) при розімкнутому ланцюзі зворотного зв'язку, може застосовуватися лише до частоти приблизно 10 МГц при коефіцієнті посилення 10 (20 дБ по напрузі);
- THS3001, підсилювач зі зворотним зв'язком по струму і шириною смуги пропускання 420 МГц (-3 дБ по напрузі) при розімкнутому ланцюзі зворотного зв'язку, може застосовуватися до частоти приблизно 150 МГц при коефіцієнті посилення 10 (20 дБ по напрузі).
Розробники повинні враховувати деякі властивості підсилювачів з струмового зворотним зв'язком:
- традиційні топології схем залишилися незмінними в підсилювачах зі зворотним зв'язком по струму;
- для підсилювачів з струмового зворотним зв'язком існують рекомендовані значення опору Rf-зворотнього зв'язку. Ці рекомендації важливі, корекція коефіцієнта посилення повинно здійснюватися за допомогою резистора Rg;
- конденсатори слід розміщувати поза контуром зворотного зв'язку.
Все це необхідні обмеження, не рахуючи звичайної уважності при компонуванні і розводці швидкодіючих радіосхем.
Слід також обмежувати ємність входу инвертирующих ОУ як зі зворотним зв'язком по напрузі, так і зі зворотним зв'язком по струму. Це основна причина нестійкості роботи. Для зменшення паразитної ємності, що виникає на друкованій платі, TI рекомендує робити отвір в земляних і живлять шарах під інвертується входом ОУ на багатошарової друкованої плати.
ОУ призначені для роботи в топології із замкнутим контуром зворотного зв'язку, який вирізняється посиленням від контуру приймача для автоматичного управління. Контур зворотного зв'язку кожного ОУ повинен бути замкнутий локально, в межах кожного окремого ВЧ-каскаду.
Це можна зробити двома способами. Операційний підсилювач може бути інвертуючим і неінвертірующего. З точки зору конструкції ВЧ-системи це часто не має значення. У всіх практичних застосуваннях будь-яка конфігурація буде працювати, даючи однакові результати. З цієї причини тут буде віддано перевагу Неінвертуючий конфігурації, оскільки вона більш проста в застосуванні.
На малюнку 1 показаний неинвертирующий ВЧ-підсилювач.
Очевидно, що зменшення ширини смуги пропускання дає деякі переваги. Втім, набагато вигідніше використовувати ОУ з більш низьким рівнем шумів.
Шум посилюється відповідно коефіцієнту підсилення каскаду. Якщо каскад має високий коефіцієнт посилення, то слід подбати про вибір малошумящего ОУ. Якщо коефіцієнт посилення каскаду нижче, то підійде і менш дорогий ОУ.
Операційні підсилювачі застосовні в конструкціях ВЧ-систем, якщо відповідне підвищення вартості виправдано. Вони є більш гнучкими компонентами, ніж дискретні транзистори, оскільки установка зміщення ОУ не залежить від коефіцієнта посилення і кінцевої навантаження. Підсилювачі з струмового зворотним зв'язком краще пристосовані для схем ВЧ-радіопристроїв з високим коефіцієнтом посилення, оскільки у них відсутня обмеження на твір коефіцієнта підсилення на ширину смуги частот, властиве ОУ зі зворотним зв'язком по напрузі.
Матриці S-параметрів ВЧ-підсилювачів, побудованих на ОУ, мають хороші характеристики. Коефіцієнт стоячої хвилі по напрузі входу і виходу малий, оскільки кінцеві і погоджують резистори можуть застосовуватися незалежно від установки зміщення каскаду. Розв'язка має хороші показники, так як ВЧ-каскад побудований на ОУ, що складається з десятків або сотень транзисторів, а не з єдиного транзистора. У разі підсилювача з струмового зворотним зв'язком посилення в прямому напрямку також дуже велике.
У першій частині статті були розглянуті основи проектування радіочастотних систем на операційних підсилювачах. У частині II цієї статті увагу буде зосереджено на підсилюючих каскадах для застосування в реальних умовах.