Проблема выбора усилителя
Операционные усилители, инструментальные усилители, дифференциальные усилители, УНЧ... Разобраться в их многообразии и выбрать нужный вариант для разработки поможет материал известного специалиста в области аналоговой схемотехники Рона Манчини из компании Texas Instruments.
ВВЕДЕНИЕ
Современная электронная промышленность предлагает настолько широкий выбор усилителей, что зачастую их выбор вызывает затруднения у разработчиков — разобраться в различиях непросто. Одних только типов более десятка — операционные усилители, инструментальные усилители, усилители низкой частоты (аудио), дифференциальные усилители, усилители с обратной связью по току (current feedback), усилители высокой частоты, буферы, различные типы усилителей мощности и т.д. При этом, выбор усилителя исходя из его типа затруднителен — названия типов зачастую носят «исторический» оттенок, мало связанный с современ-
ными примерами использования. Например, название ОУ (операционный усилитель) берет свое начало с аналоговых вычислительных машин, где операционные усилители выполняли математические операции. Единственной общей чертой полупроводниковых усилителей является наличие встроенной или внешней обратной связи. Базовыми «строительными кирпичами» усилителей являются транзисторы, которые характеризуются, в частности, напряжением база-эмиттер и коэффициентом усиления по току, причем эти характеристики подвержены влиянию технологического процесса, температуры окружающей среды, нагрузок и просто временному дрейфу. Из-за этого
контролировать коэффициент усиления усилителя без обратной связи не представляется возможным, его вариации могут превышать десятикратную величину. Наилучший способ контроля коэффициента усиления — использование обратной связи, однако здесь таятся свои «подводные камни» — при введении ОС могут появиться выбросы, «звоны» и генерация [1]. Встроенная обратная связь (она также называется внутренней компенсацией) позволяет избавиться от этих неприятных эффектов. Такая обратная связь незаметна для пользователя, усилитель при этом ведет себя стабильно при использовании рекомендованной производителем схемы включения и соблюдении рекомендуемых им условий эксплуатации; однако, при определенных условиях любой усилитель с коэффициентом усиления больше единицы может самовозбуждаться. Для усилителей с внешней обратной связью (компенсацией) следует применять дополнительные внешние элементы для предотвращения генерации и насыщения. Вопрос корректной компенсации следует обязательно учитывать при выборе усилителя, в противном случае вы рискуете попасть в неприятную ситуацию, получив в своей схеме генератор вместо усилителя.
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ (ОУ)
Операционный усилитель является универсальным инс-
трументом — им (разумеется, в пределах его возможностей) можно заменить любой другой усилитель. При разработке следует учитывать предельные возможности ОУ, опытный разработчик также должен знать, что можно предпринять, когда этих возможностей уже недостаточно. Часто предел возможностей определяется не собственно усилителем, а внешними компонентами его «обвязки». На рис. 1 показана наиболее универсальная схема включения операционного усилителя. В таблице 1 приведены различные варианты использования этой схемы в зависимости от выбора внешних элементов схемы. Обратите внимание, что замена импедансов конденсаторами делает схемы часто-тнозависимыми, а в зависимости от точки подключения входного сигнала изменяется функция каскада. Существует целый ряд усилителей специального назначения, используемых там, где возможностей ОУ общего назначения недостаточно, однако грань между ОУ общего назначения и специальными усилителями является настолько размытой, что в большинстве схем можно успешно использовать как те, так и другие. В данной статье мы рассмотрим различные типы усилителей специального
назначения, при этом не будем забывать о том, что появление таких типов усилителей всегда связано с улучшением какого-либо параметра классического операционного усилителя.
|
