Звуковые генераторы, фильтры и другие аналоговые устройства (кроме радиотехники и УНЧ)
Ответить

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.13

Чт мар 14, 2019 22:19:59

Инвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)
Описание схемы

Данная схема усиливает входной переменный сигнал и формирует на выходе однополярный сигнал, смещенный на величину половины напряжения питания (рисунок 45). Стоит подчеркнуть, что входной сигнал может принимать значения выше и ниже потенциала земли. Главное достоинство схемы заключается в том, что она не требует отрицательного напряжения питания.

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
- резистор R1 определяет входное сопротивление по переменному току. Резистор R4 нагружает выход усилителя;
- следует использовать малое значение сопротивления обратной связи, чтобы сократить уровень шумов и решить проблемы со стабильностью;
- следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
- полоса пропускания схемы зависит от произведения коэффициента усиления на полосу пропускания (GBP). Дополнительная фильтрация может быть выполнена за счет подключения конденсатора параллельно резистору R Этот конденсатор также повышает устойчивость схемы в том случае, если сопротивление резистора обратной связи R4 достаточно велико.

Расчет схемы>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 13

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч18

Вт мар 19, 2019 15:30:53

Инвертирующий усилитель с G = -0,1: является ли он неустойчивым?

Компенсированные усилители являются устойчивыми в схемах с коэффициентом усиления, равным единице и больше. Но ведь – не меньше единицы?, А что тогда делать со схемами, подобными той, что изображена на рисунке 43?

Изображение
Рис. 43. Пример инвертирующего аттенюатора

Если говорить коротко, данный инвертирующий аттенюатор стабилен! Вы хотите знать, почему? Есть несколько способов прояснить ситуацию, и объяснение «на пальцах» может внести дополнительную ясность в общую картину проблем с устойчивостью.

Рассмотрим пример. Если при G = -0,1 схема была бы неустойчивой, то при более низком коэффициенте усиления все было бы еще хуже, не так ли? Рассмотрим схему с единичным усилением и с резистором 1 Ом в цепи обратной связи, показанную на рисунке 44. Теперь предположим наличие тока утечки по поверхности печатной платы, для чего добавим входной резистор R1 = 10 ГОм. Этот паразитный входной сигнал инвертируется и усиливается с очень малым коэффициентом усиления. Схема будет неустойчивой? Конечно, нет! Это по-прежнему всего лишь буфер с единичным усилением, с заземленным входом. Итак, схема устойчива.

Изображение
Рис. 44. Схема с единичным усилением и с резистором 1 Ом в цепи обратной связи является устойчивой

Представьте, что устойчивость операционного усилителя зависит от того, какая часть выходного сигнала попадает обратно на инвертирующий вход. Эксперты по устойчивости используют для этого коэффициент обратной связи β. При единичном усилении 100% выходного напряжения возвращается на инвертирующий вход, поэтому β равно единице. Пример на рисунке 44, по существу, также имеет значение β, близкое к единице, так как почти весь выходной сигнал подается обратно на инвертирующий вход.

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 18.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Приглашаем на вебинар «Прецизионные сигма-дельта АЦП TI»

Пт апр 12, 2019 15:57:32

Приглашаем на вебинар «Прецизионные сигма-дельта АЦП Texas Instruments»

17 апреля 2019 своим опытом поделится один из ведущих разработчиков прецизионных аналого-цифровых сигма-дельта преобразователей Texas Instruments Шридар Мор. В ходе вебинара Шридар кратко расскажет, как работает Δ-Σ АЦП, затронет основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики измерительных систем, а также разберет некоторые примеры разработки устройств с применением новейших АЦП Texas Instruments.

Программа:
- Принципы работы Δ-Σ АЦП
- Линейка Δ-Σ АЦП Texas Instruments
- Оптимизация схемотехнического решения измерительной системы при помощи высокоинтегрированных АЦП ADS122U04
- Разработка прецизионных и точных измерительных систем на основе АЦП ADS1262
- Построение измерительных систем на основе резистивных мостовых схем
- Интегрированные функции диагностики и мониторинга состояния АЦП на примере ADS124S08

Дата проведения: 17.04.2019
Язык: дублированный перевод с английского
Форма участия: бесплатно

Зарегистрироваться на вебинар>>

Изображение

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.14

Пт апр 19, 2019 15:05:19

Неинвертирующий усилитель переменного напряжения (активный фильтр высоких частот)

Данная схема усиливает входной переменный сигнал и формирует на выходе неинвертированный однополярный сигнал, смещенный на величину половины напряжения питания (см.рисунок). Стоит подчеркнуть, что входной сигнал может принимать значения выше и ниже потенциала земли. Главное достоинство схемы в том, что она не требует отрицательного напряжения питания.

Изображение

В схеме описан пример решения для реализации схемы устройств точного измерения напряжения, таких как анализаторы состояния аккумуляторных батарей, оборудования для тестирования аккумуляторов, работающих в качестве источников питания автономных устройств (выносные радиоблоки базовых станций, внешние измерительные системы, и т.п.).

Рекомендуем обратить внимание:
- напряжение Vinp определяет входное синфазное напряжение;
- резисторы R2 и R3 определяют входное сопротивление схемы по переменному напряжению;
- следует использовать малое значение сопротивления обратной связи, чтобы снизить уровень шума;
- следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
- схема имеет два полюса, которые определяют частоту среза. Для обеспечения ослабления 3 дБ на требуемой частоте fL необходимо, чтобы полюса располагались на частоте fL/1,557.

Порядок расчета>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 14

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>
Последний раз редактировалось КОМПЭЛ Вт апр 23, 2019 15:07:18, всего редактировалось 1 раз.

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.15

Пн апр 22, 2019 11:41:26

Активный полосовой фильтр
Данный полосовой фильтр (см.рисунок) обеспечивает пропускание входных сигналов в диапазоне 10…100 кГц с ослаблением -40 дБ. Опорный сигнал, подаваемый на неинвертирующий вход, позволяет подстраивать постоянную составляющую выходного сигнала. Полюсы частотной характеристики данной схемы выбраны за пределами целевого частотного диапазона (10…100 кГц), чтобы минимизировать искажения полезного сигнала.

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
- напряжение на неинвертирующем входе должно находится в рамках разрешенного диапазона синфазных напряжений для выбранного ОУ;
- сопротивление резистора R3 должно быть минимально возможным, чтобы обеспечивать высокую нагрузочную способность и не сталкиваться с проблемами стабильности;
- частота второго полюса (fp3) должна быть как минимум в два раза выше, чем частота первого полюса (fp2).

Порядок расчета>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 15

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч19

Ср апр 24, 2019 21:38:48

Моделирование полосы усиления: базовая модель ОУ
Не всегда очевидно, каким образом полоса пропускания операционного усилителя (GBW) может повлиять на работу вашей схемы. Макромодели используют фиксированное значение GBW. Вы, конечно, можете заглянуть внутрь этих моделей, но лучше с ними не возиться. Что же тогда делать?

Чтобы проверить вашу схему на чувствительность к ширине полосы пропускания ОУ, лучше всего использовать общую модель операционного усилителя в программе SPICE-моделирования. Большинство симуляторов SPICE имеет простую модель операционного усилителя, которую вы можете легко изменить. На рисунке ниже показан один пример из программы TINA-TI.

Изображение

Сначала установите коэффициент усиления разомкнутого контура по постоянному току (DC) на 1 М (120 дБ). Тогда значение частоты первого полюса в герцах определит полосу пропускания усилителя в мегагерцах. В этом примере первый полюс с частотой 10 Гц создает GBW 10 МГц. На рисунке ниже показаны характеристики разомкнутого контура для трех разных GBW: 5, 10 и 100 МГц.

Изображение

Обратите внимание, что эта простая модель также включает в себя второй полюс, который многие разработчики называют «неудобным полюсом». В некоторых случаях может возникнуть желание поместить этот полюс на очень высокой частоте, например, 10 ГГц.

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 19.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. АЦП, ч.4

Чт май 02, 2019 20:08:00

Цепь контроля высоковольтной аккумуляторной батареи на основе 18-разрядного дифференциального АЦП

Данная схема (рисунок ниже) передает входной биполярный сигнал ±20 В на дифференциальный вход полностью дифференциального АЦП в диапазоне ±4,8 В, что находится в пределах линейного диапазона усилителей. Значения в разделе выбора компонентов могут быть скорректированы с учетом различных уровней входного напряжения.

Изображение

Данная реализация схемы применима в устройствах точного измерения напряжения, таких как анализаторы аккумуляторных батарей, оборудование для тестирования аккумуляторов, ATE и выносные радиоблоки (RRU) в беспроводных базовых станциях.

Рекомендуем обратить внимание:
1. Определите линейный диапазон операционного усилителя на основе характеристик синфазного сигнала, размаха выходного напряжения и линейного коэффициента усиления напряжения. Это описано в разделе выбора компонентов.
2. В качестве конденсаторов на пути прохождения измерительного сигнала используйте конденсаторы COG для минимизации искажений. В данном примере конденсаторы Cf1, Cf2, Cf3, Cf4, Cfilt1 и Cfilt2 должны быть типа COG.
3. Используйте пленочные резисторы 0,1% 20ppm/°C или выше для снижения дрейфа коэффициента усиления и для минимизации искажений.
4. Серия видеороликов от PrecisionLabs посвящена методам анализа ошибок. Рекомендуем ознакомиться с видео "Statistics Behind Error Analysis", чтобы узнать, как минимизировать ошибки усиления, смещения, дрейфа усиления и улучшить шумовые характеристики.
5. Серия обучающих видеороликов “TI Precision Labs – ADCs” посвящена методам выбора элементов для цепи фильтра Rfilt и Cfilt. Данные параметры компонентов зависят от полосы пропускания усилителя, частоты дискретизации преобразователя данных и конструкции самого преобразователя. Приведенные здесь значения позволяют получить хорошие показатели установления сигнала и динамические характеристики для выбранных моделей усилителя и АЦП. В случае изменения дизайна выберите другой RC-фильтр. Ознакомьтесь с обучающим видео «Введение в выбор компонентов для входных каскадов SAR АЦП», в котором представлена дополнительная информация по выбору RC-фильтра для получения наилучших характеристик по установлению сигнала и переменному току.

Расчет схемы>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи, глава 4

Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники. АЦП», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Многим уже знаком аналогичный цикл об операционных усилителях. Но АЦП – не менее важная часть сигнального тракта, а секретов и тонкостей в его применении никак не меньше. Приведены конкретные схемотехнические примеры, пошаговые инструкции с формулами, позволяющими адаптировать схему к конкретному проекту. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Для каждой схемы рекомендован как минимум один АЦП производства TI, однако разработчик может использовать и другие изделия компании. От читателя требуется понимание базовых принципов работы АЦП.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы глав этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.16

Вт май 07, 2019 10:17:22

Однополупериодный инвертирующий выпрямитель

Данная схема инвертирует и пропускает только отрицательную часть входного сигнала (например, синусоиды), другими словами, действует как инвертирующий выпрямитель (см.рисунок). Коэффициент усиления задается резистором обратной связи. Такой усилитель, как правило, используется совместно с другими схемами на ОУ, в частности – с пиковыми детекторами. Выпрямитель работает со входными сигналами с амплитудой 0,2 мВ…4 В и частотой до 50 кГц.

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
- для данной схемы требуется выбирать ОУ с высоким быстродействием. Когда полярность входного сигнала меняется, ОУ должен успевать за диодами;
- для уменьшения искажений следует работать в линейном рабочем диапазоне напряжений ОУ. Этот диапазон обычно определяется в схеме с разомкнутой обратной связью (AOL);
- следует выбирать быстродействующие диоды. Входной сигнал высокой частоты будет искажаться из-за переключения диодов. Чем выше быстродействие диодов, тем меньше будут искажения. В данном случае оптимальным выбором могут стать диоды Шоттки, однако стоит помнить об их существенном обратном токе;
- точность резисторов определяет погрешность усиления схемы;
- для минимизации шумов следует использовать низкоомные резисторы.

Порядок расчета>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 16

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Re: Операционные усилители и АЦП. Схемы, нюансы проектирован

Вт май 07, 2019 12:13:33

А для кого это все,простите? разве кто этим занимается?
Я то обожаю эту тему,и любимые книжки были,типа,искусство схемотехники. :lol:
Но кому это щас нужно?

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч20

Ср май 08, 2019 08:47:24

Ограничение скорости нарастания выходного сигнала ОУ

Поведение операционных усилителей в режиме ограничения скорости нарастания часто вызывает недопонимание Это объемная тема, поэтому давайте разбираться поэтапно.

Между входами ОУ обычно присутствует очень небольшое напряжение, в идеале – ноль, не так ли? Но внезапное изменение входного сигнала временно приводит к тому, что контур обратной связи выходит из равновесия, создавая дифференциальное напряжение ошибки между входами операционного усилителя. Это заставляет ОУ увеличивать выходное напряжение для исправления ошибки рассогласования. Чем больше рассогласование, тем выше скорость нарастания сигнала на выходе. Однако увеличение скорости нарастания не бесконечно. При достаточно большом дифференциальном напряжении на входе скорость нарастания достигает своего предела.

Если амплитуда входного прямоугольного импульса достаточно велика, то скорость нарастания выходного сигнала достигает своего предела. При дальнейшем увеличении амплитуды скорость нарастания на выходе не изменится. На рисунке 49 на примере простой схемы демонстрируется, почему так происходит. При постоянном входном напряжении в схеме с замкнутым контуром между входами операционного усилителя присутствует нулевое напряжение. Входной каскад сбалансирован, а ток IS1 равномерно распределяется между двумя входными транзисторами. Если напряжение входного прямоугольного сигнала превышает 350 мВ, то весь ток IS1 начинает протекать по одному плечу входного каскада. Этот ток заряжает (или разряжает) компенсационный конденсатор Миллера – C1. Скорость нарастания выходного сигнала (Slew rate, SR) – это скорость, с которой IS1 заряжает C1. Она равна IS1/C1.

Изображение

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 20.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Материалы вебинара «Прецизионные сигма-дельта АЦП TI»

Пт май 10, 2019 17:00:46

Опубликованы материалы вебинара «Прецизионные сигма-дельта АЦП Texas Instruments»

17 апреля 2019 своим опытом поделился один из ведущих разработчиков прецизионных аналого-цифровых сигма-дельта преобразователей Texas Instruments Шридар Мор. В ходе вебинара Шридар кратко рассказал, как работает Δ-Σ АЦП, затронул основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики измерительных систем, а также разобрал некоторые примеры разработки устройств с применением новейших АЦП Texas Instruments.

Программа вебинара:

- Принципы работы Δ-Σ АЦП
- Линейка Δ-Σ АЦП Texas Instruments
- Оптимизация схемотехнического решения измерительной системы при помощи высокоинтегрированных АЦП ADS122U04
- Разработка прецизионных и точных измерительных систем на основе АЦП ADS1262
- Построение измерительных систем на основе резистивных мостовых схем
- Интегрированные функции диагностики и мониторинга состояния АЦП на примере ADS124S08

Дата проведения: 17.04.2019
Язык: дублированный перевод с английского

Ознакомиться
с записью вебинара и ответами на вопросы.


Изображение

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч21

Вс май 12, 2019 00:14:00

Время установления: взгляд на форму сигнала

Время установления (Settling time) – это время, необходимое операционному усилителю, чтобы отреагировать на прямоугольный импульс входного напряжения, а затем достичь дифференциального сигнала ошибки, который бы соответствовал конечному значению выходного напряжения. Эта характеристика важна для многих приложений. Таких, например, в которых быстроменяющиеся сигналы с выхода ОУ оцифровываются аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Но давайте заглянем за пределы сухих определений и сосредоточимся на характере изменения формы сигналов.

В главе 20 мы рассмотрели, как ОУ переходит из состояния ограничения скорости нарастания в область малых сигналов. При этом можно заметить, что чем больше коэффициент усиления, тем более плавно выходной сигнал приближается к конечному значению.

Такая особенность связана с уменьшением полосы пропускания замкнутого контура при более высоком коэффициенте усиления. В этом примере операционный усилитель имеет запас по фазе 90° при G = 1. Обратите внимание, что перерегулирования нет даже при единичном усилении. Этот практически идеальный отклик служит эталоном для сравнения, но вы вряд ли найдете ОУ с таким большим запасом по фазе при G = 1.

Диаграмма отклика, представленная на рисунке ниже, выглядит более реалистичной (и чуть более пессимистичной). Эти сигналы сформированы одним и тем же ОУ, но с запасом по фазе 35° при G = 1 (предыдущие идеальные результаты также показаны для сравнения).

Изображение

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 21.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.17

Пн май 13, 2019 10:58:20

Выпрямитель на ОУ

Данная схема используется для выпрямления входного двуполярного переменного сигнала (см.рисунок ниже). Она обеспечивает небольшое искажение формы выходного сигнала на частотах до 1 кГц при амплитуде входных сигналов ±25 мВ и до 50 кГц при амплитуде входных сигналов ±10 В.

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
- для обеспечения нормальной работы схемы следует выбирать ОУ с достаточной полосой пропускания и высокой скоростью нарастания;
- для получения высокой точности следует выбирать ОУ с малым смещением, минимальным уровнем шума и низким коэффициентом нелинейных искажений (THD);
- для снижения погрешности усиления следует выбирать резисторы с точностью 0,1%;
- использование слишком большой емкости С1 может привести к существенным искажениям выходного сигнала при смене полярности входного. Для некоторых ОУ конденсатор С1 может не потребоваться;
- для получения минимальных искажений следует использовать быстрые диоды.

Порядок расчета>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 17

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. АЦП, ч.5

Вт май 14, 2019 21:15:54

Схема преобразователя несимметричного сигнала в дифференциальный с использованием дифференциального усилителя

Схема, приведенная на рисунке, демонстрирует возможности управления дифференциальным АЦП c преобразованием биполярного несимметричного сигнала в однополярный полностью дифференциальный сигнал (для получения дополнительной информации об этих и других типах сигналов, обратитесь к обучающим материалам TI PrecisionLabs, раздел «Типы входных сигналов SAR АЦП»). По сравнению с несимметричными моделями, полностью дифференциальный АЦП имеет вдвое больший динамический диапазон, что улучшает характеристики преобразователя по переменному току. Многие системы, например, эхолоты, расходомеры и системы управления двигателями, выигрывают от более высокой производительности дифференциального АЦП. В зависимости от конкретных спецификаций и требований конечной системы, соответствующие формулы расчетов и алгоритм выбора компонентов для данной схемы могут варьироваться. Для получения дополнительной информации о подобных схемах, работающих с однополярным входным сигналом, читайте статью «Преобразование несимметричного сигнала в дифференциальный для однополярных сигналов».

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
1. Модель АЦП ADS7057 была выбрана исходя из ее пропускной способности (2,5 Мбит/с), размера (2,25 мм²) и малой задержки (архитектура АЦП последовательного приближения или SAR).
2. Определите линейный диапазон дифференциального усилителя (драйвера АЦП) на основе характеристик синфазного сигнала, размаха выходного напряжения и линейного коэффициента усиления напряжения. Это описано в разделе о выборе компонентов.
3. Определите линейный диапазон операционного усилителя (предварительное формирование сигнала) на основе характеристик синфазного сигнала, размаха выходного напряжения и линейного коэффициента усиления напряжения. Это описано в разделе о выборе компонентов.
4. Чтобы минимизировать искажения, в качестве Cfilt рекомендуется использовать конденсатор типа COG (NPO).
5. Для получения наилучших характеристик и уменьшения искажения рекомендуется использовать пленочные резисторы 0,1% 20ppm/°C или выше.
6. Серия обучающих видеороликов "TI PrecisionLabs – ADCs" посвящена методам выбора элементов для цепи фильтра Rfiltx и Cfilt. Данные параметры компонентов зависят от полосы пропускания усилителя, частоты дискретизации преобразователя данных и конструкции самого преобразователя. Приведенные здесь значения позволяют получить хорошие показатели установления сигнала и динамические характеристики для выбранных моделей усилителя и АЦП. В случае изменения дизайна выберите другой RC-фильтр. Ознакомьтесь с обучающим видео “Введение в выбор компонентов для входных каскадов SAR АЦП”, в котором представлена дополнительная информация о выборе RC-фильтра для получения наилучших характеристик по установлению сигнала и переменному току.

Расчет схемы>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи, глава 5

Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники. АЦП», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Многим уже знаком аналогичный цикл об операционных усилителях. Но АЦП – не менее важная часть сигнального тракта, а секретов и тонкостей в его применении никак не меньше. Приведены конкретные схемотехнические примеры, пошаговые инструкции с формулами, позволяющими адаптировать схему к конкретному проекту. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Для каждой схемы рекомендован как минимум один АЦП производства TI, однако разработчик может использовать и другие изделия компании. От читателя требуется понимание базовых принципов работы АЦП.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы глав этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч22

Ср май 15, 2019 15:15:02

Шум резисторов: обзор основных понятий

Общий уровень шума усилителя сильно зависит от шума Джонсона, сопротивления источника питания и резисторов обратной связи. Почти каждый знает, что резисторы имеют собственный шум, но некоторые детали этого явления могут быть не вполне ясными. Давайте рассмотрим эту тему в рамках подготовки к будущему обсуждению шумов в схемах усилителей.

Шумовая модель резистора (модель Тевенина) состоит из бесшумного резистора, включенного последовательно с источником шумового напряжения (см.рисунок).

Изображение

Величина шумового напряжения для заданного частотного диапазона оказывается пропорциональной корню из произведения ширины диапазона, сопротивления и температуры (по Кельвину). Компания TI часто указывает значение шума для полосы шириной 1 Гц как его спектральную плотность (Spectral density). Теоретически шум резистора – «белый», это означает, что он равномерно распределен по частоте, то есть имеет одинаковое шумовое напряжение в каждой точке спектра.

Значения шумов каждой полосы спектра шириной 1 Гц складываются как корень из суммы квадратов. При этом часто используется значение спектральной плотности в В/√Гц. Численное значение спектральной плотности такое же, как для шума полосы пропускания 1 Гц. Для расчета белого шума спектра произвольной ширины необходимо умножать квадратный корень из ширины спектра на значение шума. Для количественного определения полного шума требуется ограничить ширину спектра (см.рисунок ниже). Без задания частоты среза вы не знаете, какой объем шума вы интегрируете.

Изображение

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 22.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.18

Чт май 16, 2019 08:35:55

Низковольтный выпрямитель с однополярным питанием

Данная схема используется для прецизионного выпрямления низковольтных двуполярных переменных сигналов (рисунок 61). Она обеспечивает высокую линейность при работе на частотах до 50 кГц со входными сигналами амплитудой от 5 мВ. Для минимизации искажений вблизи 0 В используется источник отрицательного напряжения (например, LM7705).

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
- при выборе ОУ следует учитывать уровень смещения и скорость нарастания;
- резистор R3 необходимо выбирать таким образом, чтобы ток утечки диода D1 при поступлении положительной полуволны входного сигнала не создавал значительной ошибки на входе усилителя U1B. Кроме того, выход ОУ не должен перегружать выход усилителя U1A;
- для получения минимальных искажений следует использовать быстрый диод D1;
- отказ от входного буфера (U1A) позволит работать со входными сигналами, амплитуда которых будет в два раза больше напряжения питания, однако расплатой за это станет уменьшение входного импеданса и увеличение ошибки усиления;
- для снижения погрешности усиления следует выбирать прецизионные резисторы.

Порядок расчета>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 18

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч23

Пт май 17, 2019 08:52:05

Шумы операционного усилителя: неинвертирующая схема

Давайте рассмотрим некоторые базовые основы шумов усилителя с учетом особенностей, выявленных в предыдущей части. Неинвертирующая схема усилителя является наиболее распространенной для малошумящих приложений, поэтому я сосредоточусь именно на ней.

Модель источника входного сигнала на рисунке ниже представлена в виде источника шумового напряжения с последовательным сопротивлением RS. Известно, что сопротивление RS обладает собственным шумом, пропорциональным корню сопротивления. Цель малошумящего усилителя состоит в том, чтобы добавлять как можно меньше дополнительного шума к уже имеющемуся шуму источника сигнала.

Изображение

Шумовая модель усилителя включает в себя источник шумового напряжения, подключенный последовательно с одним из входов, и пару источников шумового тока, подключенных к каждому из входов (см.рисунок выше). Рассматривайте шумовое напряжение как изменяющийся во времени компонент напряжения смещения. Аналогичным образом шумовой ток представляет собой переменную составляющую входного тока смещения. Для этой схемы можно игнорировать шумовой ток на инвертирующем входе – его влияние, как правило, можно минимизировать.

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 23.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. ОУ, ч.19

Пт июн 07, 2019 11:26:45

Ограничитель скорости изменения напряжения

Данная схема ограничивает скорость изменения выходного напряжения усилителя (см.рисунок). Ограничение касается скорости нарастания и спада. Очевидно, что скорость нарастания используемого ОУ должна быть больше, чем желаемое ограничение.

Изображение

Рекомендуем обратить внимание:
- ОУ усилительного каскада и ОУ ограничителя скорости нарастания должны быть проверены на устойчивость к самовозбуждению;
- нагрузочная способность операционного усилителя U2 должна быть достаточной для перезаряда емкости С1 и питания нагрузки.

Порядок расчета>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: Операционные усилители, глава 19

Тим Грин, Пит Семиг, Колин Веллс (Texas Instruments) Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Поваренная книга – сборник рецептов, а данный цикл статей – сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы статей этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с ОУ,ч24

Вс июн 09, 2019 22:08:09

Шумы ОУ: как насчет резисторов обратной связи?

В главе 23 был исследован шум неинвертирующего усилителя, но не поднят вопрос о вкладе компонентов цепи обратной связи в общий шум схемы. Итак, как насчет шумов от R1 и R2 на рисунке?

Изображение

Общий шум на инвертирующем входе включает тепловой шум резисторов обратной связи и шумовой ток ОУ, взаимодействующий с R1 и R2. Вы можете рассчитать выходной сигнал, вызываемый этими
источниками шума, используя базовые соотношения операционного усилителя:

  • напряжение теплового шума R1 усиливается с коэффициентом усиления -R2/R1;
  • напряжение теплового шума R2 поступает напрямую на выход;
  • шумовой ток инвертирующего входа, протекая через R2, формирует на выходе шум, равный IN ⋅ R2.

Эти источники шума не коррелированы, поэтому при расчете общего шума необходимо суммировать квадраты шумовых составляющих (см.формулы в статье). Существует более наглядный и интуитивно понятный способ оценить влияние этих источников шума. Было бы гораздо удобнее работать с источниками шума, если бы все они были подключены к неинвертирующему входу. Для этого можно разделить значение общего шума на выходе на значение коэффициента усиления. Этот способ приведения ко входу позволяет легко сравнивать влияние источников шума со входным сигналом.

Подробнее>>

Брюс Трамп "Руководство по проектированию устройств с операционными усилителями", глава 24.

Мы продолжаем публиковать на сайте compel.ru переводы глав руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Всего Брюсом написана 31 глава по данной теме. Мы постепенно опубликуем их все.

Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства, чтобы как можно быстрее начать использовать тайные приемы и хитрости опытного разработчика в своей работе.
Оформить подписку>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем. АЦП, ч.6

Вт июн 18, 2019 16:29:03

Схема истинно дифференциального аттенюатора аналогового входного блока с высокоимпедансным входом для SAR АЦП

Представленное решение для выборки данных аналогового входного блока SAR АЦП (см.рисунок) позволяет измерять истинное дифференциальное напряжение сигналов в диапазоне ±24 В (или для абсолютного диапазона входного сигнала VinP = ±12 В, VinN = ±12 В), обеспечивая высокое входное сопротивление при скоростях передачи данных до 500 ksps с 18-битным разрешением. Для буферизации входов дифференциального усилителя используется 36-вольтовый прецизионный усилитель с полным размахом напряжения и с малым значением входного тока смещения. Дифференциальный усилитель ослабляет и смещает сигнал в диапазон дифференциального и синфазного напряжений SAR АЦП. Значения в разделе выбора компонентов могут быть скорректированы с учетом различных уровней входного напряжения.

Изображение

Данная реализация схемы используется для точного измерения истинного дифференциального напряжения в испытательном оборудовании специализированного применения, платах сбора данных (DAQ) и модулях аналоговых входных сигналов, применяемых в системах на основе программируемых контролеров автоматизации, дискретных систем управления и программируемых логических контроллеров.

Рекомендуем обратить внимание
1. Проверьте величину линейного диапазона операционного усилителя (буфера) на основе значений синфазного напряжения и размаха выходного напряжения для линейного режима. Это описано в разделе выбора компонентов. Выберите усилитель с малой величиной входного тока смещения.
2. Определите характеристики полного диапазона и синфазного диапазона АЦП. Это описано в разделе выбора компонентов.
3. Определите требуемое ослабление напряжения для дифференциального усилителя на основе данных об амплитуде входного сигнала, полного диапазона АЦП и значений размаха выходного напряжения самого усилителя. Это описано в разделе выбора компонентов.
4. Используйте конденсаторы COG для минимизации искажений.
5. Используйте пленочные резисторы 0,1% 20 ppm/°C или лучших значений для повышения точности, снижения дрейфа коэффициента усиления и минимизации искажений.
6. В обучающем видео «Понимание и калибровка смещения и усиления для систем АЦП» («Understanding and Calibrating the Offset and Gain for ADC Systems») приведены методы анализа ошибок. Рекомендуем ознакомиться с ресурсом по ссылке, чтобы узнать, как минимизировать ошибки усиления, смещения, дрейфа усиления и улучшить шумовые характеристики.
7. Обучающее видео «Введение в выбор компонентов для входных каскадов SAR АЦП» («Introduction to SAR ADC Front-End Component Selection» рассказывает о методах выбора элементов для цепи фильтра Rfilt и Cfilt. Данные параметры компонентов зависят от полосы пропускания усилителя, частоты дискретизации преобразователя данных и конструкции самого преобразователя. Приведенные здесь значения позволяют получить хорошие показатели установления сигнала и динамические характеристики для усилителя, параметров усиления и преобразователя данных из данного примера. В случае изменения дизайна выберите другой RC-фильтр. Ознакомьтесь с обучающими видео Precision Labs, в котором представлена дополнительная информация по выбору RC-фильтра для получения наилучших характеристик по установлению сигнала и переменному току.

Расчет схемы>>

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи, глава 6

Представляем перевод главы из «Поваренной книги разработчика аналоговой электроники. АЦП», созданной инженерами компании Texas Instruments (TI). Многим уже знаком аналогичный цикл об операционных усилителях. Но АЦП – не менее важная часть сигнального тракта, а секретов и тонкостей в его применении никак не меньше. Приведены конкретные схемотехнические примеры, пошаговые инструкции с формулами, позволяющими адаптировать схему к конкретному проекту. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Для каждой схемы рекомендован как минимум один АЦП производства TI, однако разработчик может использовать и другие изделия компании. От читателя требуется понимание базовых принципов работы АЦП.

Мы продолжим публиковать на сайте compel.ru переводы глав этого цикла.
Если материал оказался для вас полезным - подпишитесь на обновления этого руководства.
Оформить подписку>>
Ответить