Операционные усилители (ОУ). Разновидности.

Роль современной аналоговой, аналого-цифровой и цифроаналоговой техники в науке, технике и производстве и т.д.

Давно бытует мнение, что цифровые ИС уже скоро, полностью вытеснят аналоговые устройства. Сначала их должны были заменить ТТЛ_схемы, затем микропроцессоры, потом спец-ые ASIC_схемы, а теперь процессоры цифровой обработки сигнала (DSP). Каждый новый класс ИС заменял множество аналоговых схем и угрожал покончить с ними навсегда. Но слухи об этом оказались сильно преувеличенными. И об этом свидетельствуют последние публикации и доклады посвященные новейшим разработкам аналоговых ИС, например для оптоволоконных систем связи со скоростью передачи до 40 Гбит/с, сотовых систем связи, разнообразных преобразователей данных.

Поскольку все сигналы в природе являются непрерывными, то необходимость в аналоговых схемах лишь растет. В современных сотовых телефонах аналоговых ИС больше, чем цифровых.

Произв-и анал-х ИС сталк-ся с проблемами:

- сложность технологии;

- непригод-ть для масштаб-я и примен-я электрон-х ср-в проект-ия;

- нехватка спец-ов;

- фрагментир-й рынок.

- высокая стоим-ть продукции.

Но есть и достоинства:

- жизненный цикл приборов достигает неск-х лет (в отл-ии от цифр-х – до года).

Но несм-я на это цифр-я техника прочно занимает позиции в совр-м мире, ввиду компактности, дешевизны, легкости эксплуатации.

Темпы и основные направления развития современной схемотехники (по п. 1).

Схемотехника – техническая наука, занимающаяся проектированием, расчетом, конструированием электронных схем различного назначения.

На сегодняшний день можно выделить основные тенденции в развитии схемотехники:

а) непрерывный рост уровня интеграции микросхем;

б) уменьшение размеров,

в) увеличение быстродействия (это число операций в секунду);

г) уменьшение уровня напряжения питания;

д) уменьшение уровня тока потребления;

е) стремление использовать все U_пит (от 0 до U_пит) – Rail-to-Rail;

ж) использование одного источника питания;

з) улучшение параметров аналоговых схем на постоянном токе (уменьшение дрейфа нуля, уменьшение уровня входных токов, максимальный коэффициент усиления ОУ не требует коррекции, так как они имеют внутреннюю коррекцию и так далее);

и) уменьшение уровня шумов по току и напряжению;

к) увеличение функциональных возможностей микросхем;

л) обработка сигналов в реальном времени;

м) расширение номенклатуры изделий (микросхем).

н) развитие новых технологий

о) улучшение параметров ключей

п) улучшение линейности АЦП и ЦАП

р) объединение аналоговых устройств на один кристалл

Операционные усилители (ОУ). Разновидности.

1) По типу элементной базы:

· На полевых транзисторах

· На биполярных транзисторах

· На электронных лампах (устарели)

2) По области применения:

Улучшить все параметры ОУ одновременно технически невозможно или нецелесообразно из-за дороговизны полученного чипа. Для того чтобы расширить область применения ОУ, выпускаются различные их типы, в каждом из которых один или несколько параметров являются выдающимися, а остальные на обычном уровне. Отсюда вытекает классификация ОУ по областям применения:

· Индустриальный стандарт (ОУ общего назначения). Так называют широко применяемые, очень дешевые ОУ общего применения со средними характеристиками. Пример "классических" ОУ: с биполярным входом - LM324, с полевым входом - TL084.

Uсм = 5…20 мВ, частота единичного усиления до 50 МГц.

· Прецизионные ОУ. Имеют очень малые напряжения смещения, применяются в точных измерительных схемах. Также от прецизионных ОУ требуется долговременная стабильность параметров. Пример: AD707 с напряжением смещения 15 мкВ. Область применения: мед. приборы, видео мультимедиа.

Uсм < 1мВ, Iвх < 1мкА, Кус > 10⁵, шум > 100нВ/кв. корень из (Гц)

· С малым входным током (электрометрические) ОУ. Все ОУ, имеющие полевые транзисторы на входе, обладают малым входным током. Но среди них существуют специальные ОУ с исключительно малым входным током. Пример: AD549 с входным током 6·10-14 А.

· Микромощные потребляют малый ток на собственное питание.

· Мощные (сильноточные) ОУ могут отдавать большой ток в нагрузку, то есть допустимое сопротивление нагрузки меньше стандартных 2 кОм, и может составлять до 50 Ом. Область применения: источники питания, автомобили, системы управления.

Iвых > 100мА

· Низковольтные ОУ работоспособны при напряжении питания 3В и даже ниже.

· Высоковольтные ОУ. Все напряжения для них значительно больше, чем для ОУ широкого применения.

· Быстродействующие ОУ имеют высокую скорость нарастания и частоту единичного усиления. Такие ОУ не могут быть микромощными и как правило выполнены на биполярных транзисторах.

· Малошумящие ОУ.

· Звуковые ОУ. Имеют минимально возможный коэффициент гармоник (THD).

· Специализированные ОУ. Обычно разработаны для конкретных задач (подключение фотодатчика, магнитной головки, и др.).

· Усилители класса B.

· Измерительные ОУ.

· Chopper.

· С программируемым К_у. Программируемыми называются ОУ, для которых все внутренние токи покоя можно задать с помощью внешнего тока, подаваемого на специальный вывод ОУ.

· Дифференциальные усилители по входу и направлению.

· Буферные.

· Резисторные.

· С неполной компенсацией частотной характеристики (Decompensated Amplifier.

· Shutdown – со спящим режимом.

· Экономные по питанию. С одним однополярным источником питания.

Возможны также комбинации данных категорий, например, прецизионный быстродействующий ОУ.

1. Общего назначения (недорогие, малые размеры, защищённый вход и выход )

U_смещ 5-20мВ, частота до 50МГц, питание 5-25В

Формирование сигналов

Уровней напряжения

Измерения с низкой точностью.

2. Прецизионные: смещ. 1мВ

I_вх<1мкА

К_ус>10⁵

Шум>10нВ/ (20нА/ )

Малое напряжение смещения нуля и малый входной ток обычно при низком или среднем быстродействии. Применение : измерительные устройства, системы управления

3. быстродействующие

>100В/мкс(вход)

СВ технология.

Коммутации, телевидение, сотовая связь, устройства формирования и обработки изображения, мед. Сканеры

К_ус=1

4. Экономные(по питанию)

С одним источником питания(однополярный источник питания)

5. Мощные ОУ

I_вых>100мА

U_пит>10В

Применение: источники питания, управление механизмами.

6. Усилители класса Б.

7. Измерительные(измерительные, мед., робототехника).