4.3. Конструктивное оформление интегральных оу.

Для увеличения прочности, защиты от внешних воздействий и механических повреждений большинство интегральных ОУ, как и любых других ИМС, покрывается лаком и монтируется в защитном корпусе. Класси-

фикация типов корпусов ИМС приведена в приложении П1.

Из всего многообразия конструктивного оформления, при производ-

стве ИМС ОУ и компараторов используются в основном лишь несколько

типов корпусов. Причем при их рассмотрении целесообразно пользоваться

обозначениями по ГОСТ 14767–79, поскольку большинство популярных и

наиболее распространенных ИМС были разработаны именно в период его

действия. Общий вид корпусов ОУ и компараторов показан на рис. 1.8:

– круглые металлостеклянные корпуса 301.8–1(ТО99) и

301.12–1(ТО101) с числом выводов 8 и 12 соответственно (рис. 1.8,а);

– прямоугольный металлостеклянный 151.15–4, используемый для

гибридных ОУ (рис. 1.8,б);

– прямоугольный пластмассовый корпус 201.14–1(DIP14) на

рис. 1.8,в), кроме того, имеются разновидности 201.16 (DIP16) и

201.8(DIP8) с соответствующим числом выводов;

– прямоугольный керамический корпус 201.14–8 (рис. 1.8,г) и другие

его разновидности.

Выводы микросхем нумеруются против часовой стрелки, если смотреть

со стороны крышки (так же, как у транзисторов или электронных ламп).

Для определения начала отсчета (вывод №1) существует ключ. У

круглого металлического корпуса это ушко, у пластмассового корпуса–

круглая метка, у керамического–вырез на корпусе. На рис. 1.9 показаны

цоколевки операционных усилителей К140УД7 (в круглом корпусе) и

К553УД2 (в плоском корпусе). Для наглядности в корпусе прибора изо-

бражен символ ОУ, пять основных выводов указаны сплошными линиями,

дополнительные (для установки нуля и обеспечения устойчивости)–

штриховыми.

Рисунок 1.10 иллюстрирует конструктивное оформление бескорпус-

ных ОУ. Микросхемы герметизированы компаундом, ключ начала отсчета

здесь отсутствует. Их выводы определяются по нумерации контактных

гнезд транспортировочной тары.

5. Классификация оу и компараторов.

Технология производства ОУ (как и вообще ИМС) делится на по-

лупроводниковую (монолитную), гибридную и пленочную. Большинство ОУ

изготовляется по полупроводниковой технологии, при которой все актив-

ные и пассивные компоненты схемы нескольких сотен усилителей выпол-

няются на одной кремниевой пластине с помощью литографической тех-

ники с последующим делением тиража на отдельные кристаллы (чипы).

При гибридной технологии все резисторы и соединения изготавли-

ваются на керамической подложке, затем на ней же монтируются бескор-

пусные биполярные или полевые транзисторы. Здесь могут размещаться

конденсаторы и другие компоненты (диоды, стабилитроны и др.). Полу-

ченная таким образом композиция заключается в корпус с выводами. Эта

технология используется для производства схем специального назначения,

которые не удается реализовать в монолитной форме.

Пленочная технология предусматривает выполнение всех компонен-

тов схемы на поверхности диэлектрика (обычно керамического) путем на-

несения тонких пленок соответствующих материалов.

По схемотехническому исполнению ОУ подразделяются на уст-

ройства прямого усиления и с преобразованием спектра частот усиливае-

мого сигнала, основанного на преобразовании медленно изменяющегося

напряжения в переменное напряжение определенной (основной) частоты с

помощью прерывания сигнала (МДМ-усилители).

По использованию ОУ подразделяются на усилители общего и ча-

стного применения ОУ. Общего применения изготавливаются исключи-

тельно по полупроводниковой технологии, имеют низкую стоимость, ши-

рокий диапазон напряжений питания, защищенные от перегрузки вход и

выход, небольшое число навесных (т.е. внешних) компонентов, иногда от-

сутствующих. Операционные усилители частного применения обычно

превосходят первый вид по какому-либо параметру [1, 2].

ОУ общего применения используются для построения узлов, имею-

щих суммарную приведенную погрешность порядка 1% и характеризуются

средними значениями параметров (напряжение смещения–десятки милли-

вольт, коэффициент усиления составляет десятки тысяч, температурный дрейф напряжения смещения–десятки микровольт на градус Цельсия, скорость нарастания выходного напряжения не более единиц вольт в микросекунду).

Большинство ИМС ОУ относятся к усилителям общего применения

(140УД5-9, 153УД1-3, 553УД1-3 и другие).

ОУ частного применения делятся на:

–высокоточные (прецизионные), с малыми значениями напряжения

смещения (Uсм<250 мВ), температурного дрейфа (Uсм≤5 мкВ/°С), большим

коэффициентом усиления (Коу≥15⋅104).

Среди лучших ОУ типов 140УД17, 140УД21 140УД24, 140УД25,

140УД26, 544УД12, 1417УД3, 140УД13 (МДМ-усилитель).

–с малым входным током (iвх<100пА). Среди таких ОУ с входными

каскадами, выполненными на полевых транзисторах, можно отметить

ИМС ОУ 140УД23, 140УД24, 140УД28, 744УД1, 544УД1-6, 544УД10,

1409УД1, 1429УД1.

–микромощные, с малым током потребления (Iпот<1 мА).

Среди лучших типов ОУ–1423УД23, 1446УД2-4, 1446УД12-14,

544УД5, 544УД14, 140УД14.

–мощные, с большими допустимыми значениями выходного напряжения (uвых>15 В или выходного тока (iвых>100 мА).

Лучшими по этим показателям являются ИМС ОУ 1422УД1 и

1440УД1, выходной ток которых может достигать 1000 мА, а также

1433УД1 с выходным напряжением до 300 В. Ряд ОУ обеспечивает одно-

временно и большие допустимые значения и выходного напряжения и вы-

ходного тока (например, 1408УД1 с iвых≤100 мА и uвых mах= ±19 В);

–быстродействующие, со скоростью нарастания выходного напря-

жения VU>30 В/мкс. Здесь вне конкуренции ИМС 6402УД1 с

VU=2000 В/мкс. Ряд ОУ обеспечивают скорость нарастания не менее 1000

В/мкс. Это 1432УД1 и 1432УД4 (VU=1000 В/мкс) и 1432УД6 (VU=1200 В/мкс).

По виду преобразуемой величины ОУ подразделяются на усилители напряжения и усилители тока. Большинство ИМС ОУ–это именно усилители напряжения. К усилителям тока относятся так называемые токоразностные усилители (усилители Нортона) К1401УД1 и К1401УД2.

Следует иметь в виду, что ряд типов ОУ по своим характеристикам

попадают сразу в несколько категорий. Это, например, ИМС 140УД23–

быстродействующий, с малым входным током ОУ. Вне конкуренции

140УД24–сверхвысокочастотный, со сверхмалым входным током усилитель с МДП–транзисторами на входе, импульсной стабилизацией, внутренней частотной коррекцией, сверхнизким уровнем шума входного тока,

с напряжением питания ±5 В.

Отдельного внимания заслуживают микромощные или так называемые «программируемые» ОУ, используемые в устройствах, питающихся

от батарей. Дело в том, что ток потребления таких ОУ зависит от значения

внешнего управляющего тока, поступающего на контакт ИМС (8 у

К140УД12), предназначенный для программирования смещения. Таким

образом можно задавать нужный ток потребления в диапазоне от долей

микроампер до нескольких миллиампер. При их использовании следует

учитывать, что параметры ОУ, такие как скорость нарастания, произведе-

ние коэффициента усиления на ширину полосы пропускания и входной ток

пропорциональны потребляемому. Кроме того, при малых рабочих токах

значительно снижается нагрузочная способность ОУ. Дополнительным

достоинством программируемых ОУ является большой допустимый диапазон значений напряжения питания (у ИМС серии К1407 нижний предел

составляет ±2 В).

Достаточно много выпускается ИМС, содержащих в своем составе

несколько ОУ–два (140УД20, 157УД2,3, 1040УД1,2) или четыре

(1401УД1–4, 1053УД3). Это позволяет уменьшить габариты электронных

устройств на их основе.

ИМС компараторов, как и ОУ, классифицируют по нескольким признакам.

По схемотехническому решению компараторы подразделяют на од-

ноканальные, которых большинство, и многоканальные. Среди последних

можно выделить ИМС 521СА1, 521СА6, 554СА4, 554СА6.

По использованию выделяют компараторы общего и частного применения. Как и в случае с ОУ, компараторы общего применения дешевле,

имеют средние значения параметров (напряжение смещения порядка не-

скольких единиц милливольт, входной ток–единицы микроампер, время

включения (задержки) составляет сотни наносекунд), а компараторы частного применения в чем–то превосходят их.

Среди компараторов частного применения выделяют:

–быстродействующие, со временем задержки tзад<50 нс. Среди лучших – К597СА4, К521СА4, К521СА5, К554СА4;

–маломощные, с током потребления Iпот ≤ 2,5 мА. Среди таких ком-

параторов можно выделить ИМС К1040СА1, К1053СА1,2, К1401СА1,2,3.

Кроме этого отдельно выделяют многоканальные компараторы, к ко-

торым относят не только с объединенными по схеме ИЛИ выходами

(К521СА1, К554СА1), но и ИМС, содержащие несколько независимых

компараторов с выходами по схеме «открытый коллектор», которые могут

быть также объединены (К521СА6, К597СА3).

Ряд ИМС компараторов имеют пониженные номинальные значения

напряжения питания–К597СА4 (±5 В), К554СА4 (±9 В).

В то же время следует выделить компараторы серии К1401, выпол-

ненные на основе токоразностных усилителей. Все они (СА1, СА2, СА3)

способны работать при однополярном питании напряжением от 3 В до 36 В.

Выходной сигнал компараторов имеет или фиксированные уровни,

обычно соответствующие разным типам логики цифровых ИМС (ТТЛ–

К597СА2, К521СА2, К521СА1; ЭСЛ–К521СА4, К597СА4) или плавающие

(«открытый коллектор»), значения которых определяются параметрами

внешней цепи (К521СА3, К554СА3).

Ряд компараторов обеспечивают стробирование выходного сигнала

(К521СА1, К521СА4, К554СА3, К527СА4). Интереса заслуживают ИМС, в

состав которых входят и ОУ, и компаратор. Примерами наборов являются

1401УД6, а особенно–1032УД1, содержащий два ОУ и два компаратора в

одном корпусе.