Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиолюбительская азбука. Т.2. Аналоговые устройства
.pdf
1.2. Операционные усилители 31
Операционные усилители, включенные по рассмотренным выше схемам, используются только в качестве компараторов — устройств сравнения двух напряжений. Для линейного усиления сигнала такие схемы непригодны — у них
слишком большой коэффициент усиления по напряжению и на работу ОУ в линейном режиме очень сильно влияет нестабильность напряжения смещения.
Для принудительного перевода ОУ в линейный режим, а также для изменения
коэффициента усиления радиолюбители используют так называемые «обратные
связи». О них мы поговорим в следующем параграфе.
Существуют также специальные операционные усилители, способные работать только в режиме компаратора (они так и называются). От ОУ они отличаются тем, что их выход выполнен по схеме с «открытым коллектором»
(рис. 1.25), т. е. на выходе может быть или уровень лог. «0», или «ничего». Для
преобразования уровня «ничего» в уровень лог. «1» (для согласования с цифровыми микросхемами), к выходу компаратора обычно подключают «подтягивающий» резистор сопротивлением 10 (1…100) кОм. Чем меньше сопротивление,
тем быстрей заряжаются паразитные емкости выхода компаратора и входа тех
устройств, к которым он подключен, но при этом увеличивается и потребляемый компаратором ток (ведь на резисторе создается некоторое падение напряжения и через него протекает ток). Но и увеличивать слишком сильно сопротивление этого резистора нежелательно.
VT1
VT2
+U
Выход
a)
+U
Выход
–U–U
á)
+U
Выход
Выход
–U
Рис. 1.25. Выходы ОУ (а) и компаратора (б).
Схемы, управляющие выходными транзисторами, условно не показаны
Схемы включения и балансировки некоторых наиболее распространенных
отечественных и зарубежных ОУ и компараторов приведены на рис. 1.26. Некоторые ОУ для нормальной работы требуют подключения внешних корректирующих конденсаторов. ОУ К140УД12 (УД 1208) и серии К1407 относятся к классу программируемых ОУ — у таких ОУ ток потребления от источника питания и выходной ток можно регулировать от нуля до стандартного для
большинства ОУ значения изменением сопротивления всего одного внешнего
резистора. Чем больше его сопротивление, тем меньше ток потребления, выходной ток и скорость нарастания выходного напряжения. Делать сопротивление этого резистора меньшим 1 кОм нельзя — микросхема может выйти из
строя. Справочные параметры некоторых наиболее распространенных ОУ и
компараторов даны в конце книги.
32 Часть 1. Усилитель
Операционные усилители общего назначения
1
2
3
4
5
6
7
Ê157ÓÄ2
Ñ
ê
0...30
Ñ
ê
0...30
14
13
12
11
10
9
8
Âõîä
Ê140: ÓÄ6, ÓÄ7, ÓÄ8, ÓÄ18
ÊÐ1409ÓÄ1
Ñ
ê
0...30
+U
8
3
2
7
6
Выход
4
-U
Балансировка
5
1
-U
20ê
-U +U
R
á
Ê140ÓÄ14
+U +U +U
77 7
33 3
Âõîä Âõîä Âõîä
22 2
44
-U -U
66 6
Выход Выход Выход
88 8
1
Ñ
ê
30
Ñ
100
ê
Ñ
470
4
1
R
ê
3ê
-U
Ñ
ê
ê
10
Ê140ÓÄ10
+U
Ñ
ê
0,01ìê
7
33
Âõîä Âõîä
22
5
66
Выход Выход
8
1
4
Ñ
ê
-U
100
+U
7
4
8
-U
3ê
0,01ìê
Балансировка
1
+U
5
R
á
30ê
Ðèñ. 1.26, à
1.2. Операционные усилители 33
Òèï*
,±ÂIññ,**ìÀk
U
cc
óñ.U
тысяч
,
Uñì,ìÂk
îñ.ñô
,äÁU
Uâûõ
Â/ìêñ
,
,***
f
1
ÌÃö
Примечание
Ê140ÓÄ6 (Á) 2...20 2,8 (0,4) 60 5 80 2,5 1 Аналог МС1456
Ê140ÓÄ7 (Á) 2...20 2,8 (0,4) 50 4 70 0,3 0,8 Аналог µÀ741
Ê140ÓÄ8 (Ï) 3...18 4 (1) 40 50 60 2,5 1 Аналог µÀ740, ÌÑ1556
Ê140ÓÄ10 (Á) 3...18 8 50 4 80 20 15 Аналог LM118
Ê140ÓÄ11 (Á) 3...18 8 25 10 70 20 15 Аналог LM310
Ê140ÓÄ14 (Á) 3...18 0,6 (0,1) 50 2 85 0,1 0,3 Аналог LM308
Ê140ÓÄ18 (Á) 3...18 3 50 10 80 2 1
Ê140ÓÄ20 (Á) 2...18
2×2,8
(2×0,3)
50 5 70 0,3 0,5 Отличная защита
Ê157ÓÄ2 (Á) 2...20 7 50 10 70 0,5 1 Плохая защита выходов
Ê544ÓÄ1 (Ï) 2...18 3,5 (0,4) 50 40 64 2 1 Малошумящий
Ê544ÓÄ2 (Ï) 2...18 5 (0,5) 20 60 70 20 5 Аналоги СА3130, LF357
ÊÐ574ÓÄ1 (Ï) 3...18 5,5 50 50 60 50 10 «В» лучше; AD513
ÊÐ574ÓÄ2À (Ï) 4...18 5 25 50 60 5 1
Аналог TL072, другая цоколевка
ÊÐ574ÓÄ2Á (Ï) 4..18 10 25 50 60 15 3
LM324(358) (Á) 2...20 3 50 5 70 0,5 1,5 Полные аналоги КР1401
LM2902(2904) (Á) 2,5 1 50 5 70 0,5 1
Предназначен специально
для 5-вольтовых схем
TL082(084) (Ï) 3...18 10 25 5 70 2 1
ÊÐ1408ÓÄ1 (Á) 5...30 4 70 5 75 1,5 0,5 Высоковольтный; LM343
Сверхнизкий входной
ÊÐ1409ÓÄ1 (Ï) 3...18 6 20 15 70 0,4 1
òîê;
äëÿ ÓÄ1Á U
= ± 2,5 Â
CC
NE5532 (Á) 3...18 3…9 50 5 80 1 1 Малошумящий
* Б — биполярные транзисторы на входе, П — полевые
** в скобках указаны значения при U
*** частота, при которой k
уменьшается до единицы
óñ.U
= ±4,5 Â
ññ
34 Часть 1. Усилитель
Ê140ÓÄ20
R
á
20ê
1
2
3
-U
4
5
6
7
R
á
20ê
+U
+U
Áàë.
Áàë.
14
13
12
11
10
9
8
+U
Âõîä
Ê140ÓÄ11
+U
7
3
2
4
-U
8
Ñ
ê
2200
6
Выход
Ê544ÓÄ1 Ê544ÓÄ2
R
á
10ê
1
8
3
Âõîä
2
4
-U
Ê574ÓÄ1 Ê574ÓÄ2
+U
7
53
Âõîä
2
4
-U
ÊÐ1401ÓÄ1, LM324
LM2904, TL064
TL074, TL084
1
2
3
4
+U -U
5
6
7
7
Ñ
0...47
6
14
13
12
11
10
9
8
+U
+U
11
85
6
Выход
Âõîä
3
2
77
6
Выход
4
-U
Выводы1и8можно разомкнуть
Балансировка
R
á
100ê
+U
LM358, LM2904
NE5538, TL062
TL072, TL082
ê
Выход
1
2
3
+U -U
4
8
7
6
5
1
2
3
4
-U
8
+U
7
6
5
Ðèñ. 1.26, á
1
2
3
4
5
6
7
U
8
ÊÐ1401ÓÄ3
+U -U
ñì
16
15
14
13
12
11
10
U
9
ñì
Âõîä
ÊÐ1408ÓÄ1
+U
11
5
4
3
R
á
20ê
10
Выход
6
9
-U
У К1401УД2 в керамическом
корпусе вывод 4 -U,
вывод 11 +U
U
- регулировка
ñì
напряжения
смещения
Ðèñ. 1.26, â
1.2. Операционные усилители 35
Прецизионные операционные усилители
Ê140ÓÄ13 ÊÐ140ÓÄ17
Ê140ÓÄ21
ÊÌ(ÊÐ)551ÓÄ1
Âõîä
1000
1
Генератор
8
6
5
0,01ìê
20ê
Демодулятор
Выход
+U
7
3
2
4
-U
Âõîä
Балансировка,
необязателен
20ê
1
8
3
2
4
-U
+U
7
6
Выход
Âõîä
R1
R3
R2
R1=R2, R3=R4 (1ê ... 1Ì)
+U
1200
7
3
2
1
0,1ìê 0,1ìê
R4
-U
8
6
Выход
5
4
R
10ê
R
470
îîñ
îîñ
Ðèñ. 1.26, ã
Òèï*
Структу-
ðà**
,±ÂIññ,ìÀk
U
cc
Ê140ÓÄ13 (Ï) ÌÄÌ 15 2 0,01 50 100 — 0,01
Ê140ÓÄ17À (Á) ÎÓ 15 4 300 25 110 0,1 0,4 Аналог ОРА177
óñ.U
тысяч
,
Uñì,
k
ìêÂ
îñ.ñô
,äÁU
Uâûõ
Â/ìêñ
,
,***
f
1
ÌÃö
Примечание
Работает без
ООС
Ê140ÓÄ17Á (Á) ÎÓ 15 4 200 75 110 0,1 0,4 Аналог ОР07
ÊÐ140ÓÄ21 (Á) ÌÄÌ 15 5,5 1000 60 110
140ÓÄ24 (Á) ÎÓ 5 3,5 1000 5 120 Аналог ICL7650
140ÓÄ26 (Á)*** ÎÓ 15 4,7 1000 25 114
140ÓÄ27 (Á)*** ÎÓ 15 4,7 1000 25 108
ÊÌ551ÓÄ1À (Á) ÎÓ 15 5 500 1500 100 Аналог МА725
ÊÌ551ÓÄ1Á (Á) ÎÓ 15 5 250 2500 95 Аналог МА715
* Б — биполярные транзисторы на входе, П — полевые
** МДМ — «модулятор — демодулятор»: постоянное входное напряжение преобразуется в перемен-
ное, обрабатывается и на выходе преобразуется в постоянное. Идеальны для работы с низкочастотным
сигналом.
*** УД26 — низкочастотная, УД27 — высокочастотная
36 Часть 1. Усилитель
Программируемые операционные усилители
ÊÐ140ÓÄ1208 (ÓÄ12)
+U
7
3
Âõîä
2
4
R
óïð
-U
6
Выход
8
|+U|
- 1,5...2 B
R
= 30 ÌÎì ... 100 êÎì, ïðè 1 ÌÎìcc= 100 ìêÀ (Uï= 4,5 Â)
óïð
ÊÐ1407ÓÄ1, ÓÄ2, ÓÄ3 ÓÄ12
|-U|
+ 1,5...2 B
8
6
Выход
5
Cê
0...47
Âõîä
+U
R
óïð
7
3
2
4
-U
Балансировка
4
5
1
100ê
-U
Ðèñ. 1.26, ä
Òèï
U
,±ÂI
cc
ññ max
,ìÀk
óñ.U
тысяч
,
Uñì,
ìÂ
k
îñ.ñô
,äÁU
Uâûõ
Â/ìêñ
,
ÌÃö
ÊÐ140ÓÄ1208 1…20 4 50 5 70 2 0,3 30
Ê1407ÓÄ1 0,6…5 8 10 6 72 25 3 10
Ê1407ÓÄ2 1…12 0,1 50 5 70 1 3 20
I
,*
f
1
ññmin
ìêÀ
**,
Ê1407ÓÄ3 0,7…6 2 10 5 76 5 1 10
* частота, при которой k
уменьшается до единицы
óñ.U
** ток, при котором ОУ начинает нормально работать
1.2. Операционные усилители 37
Компараторы
Ê554ÑÀ3 ÊÐ1401ÑÀ1, LM339, LM2901
Âõîä
R
20ê
á
1
2
3
4
3
4
7
8
ÊÐ1040CA1,
LM393, LM2903
-U
==
9
Ê
2
Ý
6
-U
11
+U
8
+U
7
6
5
1
2
+U
3
4
5
6
7
Ê597ÑÀ3
R
áàë
20ê
1
2
-U
13
8
7
14
13
-U
12
11
10
9
8
15 +5B
(+15B)
14
Выход
16
+U
12
9
+U
11
+U
+U
Выход
10
+5B
(+15B)
R
áàë
20ê
Ðèñ. 1.26, å
Òèï Ucc,±Â Iññ,ìÀ k
Ê554ÑÀ1À/Á 2…18 0,5…6 150 5 0,3
ÊÐ1040ÑÀ1 2…18 0,2…3 50 5 3
LM2903 2,5 0,4 50 5 3
KP1401CA1 1…18 0,2…3 50 5 3
LM2901 2,5 0,4 50 5 3
ÊP597CA3 15 2,5 10 5 0,3
, тысяч Uñì,ì t3*, ìêñ
óñ.U
* время задержки — время переключения выхода
38 Часть 1. Усилитель
Мощные операционные усилители
ÊÐ1040ÓÄ3, TDA2822
TDA7050
L272M, L2722, L2724
1
2
+U
3
4
-U
8
7
6
5
1
2
3
4
8
+U
7
6
5
-U
Ê157ÓÄ1
+U
270
68
2
99
Âõîä
8
7
-U
68 100
5
4
66
Выход
1
100
Âõîä
-U
+U
7
2
5
8
4
1
100
470
Выход
TDA2030, TDA2040, TDA2050, TDA2051, Ê174ÓÍ19
+U
5
Âõîä
1
2
4
Выход
3
-U
TDA2050
12345
TDA1308
1
2
3
4
+U
98 76
12 45
3
Ê157ÓÄ1
9206
3
8
-U
7
6
5
Ðèñ. 1.26, æ
Òèï
U
±Â
cc
Iññ,ìÀk
óñ.U
тысяч
,
I
âûõ.max
,AÐ
âûõ
,ÂòÐ
âûõ.Ò
Âò
,
,
f
1
ÌÃö
Примечание
,
Ê157ÓÄ1 2…20 (25) 4 50 0,3 0,5 2 0,3
ÊÐ1040ÓÄ3 2…18 10 30 0,5 0,5 — 0,3 Аналог L272М
L2722 1,5…8 12 30 0,5 0,5 — 0,3
TDA 7050 0,8…4 10…20 0,5 0,3 — R
TDA 1308 1…4 3 0,1 0,1 — 5,5 R
Ê174ÓÍ19 3…18 10…60 20 1,5 2 20 0,1
≥ 16 Îì
íàãð.
≥ 16 Îì
íàãð.
Аналог TDA2030,
R
≥ 4Îì
íàãð.
TDA2040 3…20 10…90 2 2 22 Минимальное R
TDA2050 3…25 10…90 50 3 2 30 Минимальное R
TDA2051 2…25 10…90 3 2 40 Минимальное R
* с теплоотводом (радиатором)
íàãð.
íàãð.
íàãð.
4Îì
4Îì
4Îì
1.3. Обратная связь. Отрицательная обратная связь 39
1.3. Обратная связь. Отрицательная обратная связь
Обратная связь — цепь из пассивных элементов (резисторов, конденсато-
ров, диодов и иногда транзисторов), включенная между выходом и входом ОУ.
Применяется она для придания ОУ нужного коэффициента усиления, а также
для изменения его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).
Обратная связь бывает положительной (ПОС) и отрицательной (ООС). Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления ОУ и превращает его в триггер Шмитта (см. том I). Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления и переводит ОУ в линейный режим — в режим усиления аналогового сигнала.
На рис. 1.27 показаны схемы усилителей на ОУ с отрицательной обратной
связью. Рассмотрим первую схему (рис. 1.27, à).
Поскольку входной сигнал этой схемы подается на прямой вход ОУ, то усилитель на DA1 неинвертирующий — т. е. он не изменяет фазу сигнала. Входное
сопротивление усилителя зависит только от сопротивления резистора R3 (но в
разумных пределах — через вход ОУ тоже протекает некоторый, очень небольшой ток; впрочем, при использовании ОУ с полевыми транзисторами на входе
этот ток можно не учитывать), и его можно изменять в широких пределах изменением сопротивления этого резистора. Обычно в качестве R3 используют резисторы сопротивлением 100 кОм…1 МОм.
Обратная связь на ОУ подается через делитель напряжения на резисторах
R1 и R2. Полярность обратной связи зависит от того, на какой именно вход она
подается: если на прямой, то обратная связь положительная, а если на инверсный — отрицательная. На рис. 1.27 все ОУ работают с ООС.
Левый по схеме вывод резистора R1, а также нижний вывод резистора R3
подключены к общему проводу, напряжение на котором равно половине напряжения питания (рис. 1.28). Следует помнить, что ОУ, работающие в линейном
режиме, можно питать только от двухполярного источника питания! Дело в том,
что у ОУ, работающих в линейном режиме, напряжение на выходе должно равняться половине напряжения питания (см. пример с качелями), иначе напряжение на выходе будет «ударяться» или в пол, или в потолок, из-за чего возникнут
такие искажения сигнала, что ваши уши мгновенно «свернутся в трубочку». Эту
самую «половину напряжения питания» формирует источник питания
(рис. 1.28), и на схемах с использованием ОУ она обычно обозначается знаком
«общий» (⊥). Напряжение питания ОУ обычно помечают как двухполярное,с
использованием знака «±». Так, обозначение «±15 В» означает, что на ОУ подается двухполярное напряжение с суммарной амплитудой 30 В: на вывод «+U»,
относительно общего провода, подается напряжение +15 В, а на вывод «−U» —
напряжение, равное −15 В относительно общего провода. То есть получается,
÷òî äâà источника питания включены последовательно и их суммарное напряжение равно 15 × 2 = 30 Â.
Двухполярное напряжение легко «сделать» из однополярного, с удвоенной
амплитудой, с помощью простейшей схемы, изображенной на рис. 1.28, à.Нарезисторах R1 и R2 собран делитель напряжения, и при равенстве сопротивления
40 Часть 1. Усилитель
Âõîä
R1 10ê R2 10ê
Âõîä
Âõîä
Ñ1
1ìê
Âõîä
DA1
±3...±18 B
Ií äî 1,5 À
R1 R2
DA1
Ñ1
+U
2
7
DA1 DA1
3
R3
100ê
6
Выход
4
–U
Âõîä
à) á)
Âõîä
R1 470
Ñ1
1ìê
R1 R2
DA1
R3
100ê
+U
–U
Ñ2
1ìê
Выход
â) ã)
+U
DA1
R1
–U
Выход
+
Âõîä
DA1
R
áaë
R
10ê
âõ
–
ä) å)
+U
Ê544ÓÄ1
VT1
ÊÒ817, ÊÒ819
R1 R2
Выход
+U
2
7
R3
6
3
4
–U
VT2
ÊÒ816, ÊÒ818
–U
Âõîä
Ñ1
R3
æ)
R1 R2
2
3
R2 10ê
2
DA1
1
R3
100ê
DA1 ÊÐ140ÓÄ708
+U
2
7
3
4
1
+U
–U
+U
7
4
–U
+U
5
3
–U
+4...+36 B
6
5
äî 100 êÎì
VT1
ÊÒ815
R4
47
R5
47
DA1
ÊÒ814
ç)
6
R
VT3
Выход
4
äîï
DA1 TDA2051
±3...±25 B
Ií äî 2 À
BA1
4 Îì, 25 Âò
+U
R1
ÐA1
100ê
100ê
ìÀ
R2
+U
VT2
ÊÒ819
VT4
ÊÒ818
–U
Ñ1
+
10ìê
Выход
Рис. 1.27. Усилители с ООС: а — неинвертирующий; б — инвертирующий;
в — с разделительными конденсаторами; г — подключение низкоомной нагрузки
к усилителю с двуполярным питанием; д — повторитель; е — вольтметр
с большим входным сопротивлением; ж, з — мощный ОУ с последовательным
включением мощных транзисторов
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]