4. Обозначения оу.

4.1. Система обозначений имс.

Наименование современных интегральных микросхем (в частности,

и ОУ), пример которого показан на рис. 1.5, начинается с буквенного ин-

декса, обозначающего область применения данной ИМС:

К–общего (широкого) применения,

ОС–специального применения,

Э–экспортное исполнение.

Следующий буквенный индекс означает тип корпуса и материал, из

которого он изготовлен. При этом возможны следующие варианты:

А–пластмассовый планарный;

Б–бескорпусное исполнение;

Е–металлополимерный DIP;

И–стеклокерамический планарный;

М–металлокерамический DIP;

Н–миниатюрный металлокерамический;

Р–пластмассовый DIP;

С–стеклокерамический;

Ф–миниатюрный пластмассовый.

Если этот индекс отсутствует, то ИМС имеет круглый металлостек-

лянный корпус.

Далее идет трех- или четырехзначный номер серии, причем первая

цифра характеризует ее конструктивно-технологическую особенность:

1,5–полупроводниковая (монолитная) ИМС;

7–бескорпусная;

2, 4, 6, 8–гибридная ИМС;

3–пленочная.

Другие две (или три) цифры–порядковый номер разработки серии.

О функции, которую выполняет ИМС, судят по двухбуквенному

шифру, стоящему после номера серии. Например:

УД–операционный усилитель,

СА–компаратор.

Следом идет порядковый номер ИМС в данной серии.

В конце условного обозначения может быть буквенный индекс, ха-

рактеризующий отличие по численному значению одного или нескольких

параметров ИМС одного и того же типа.

Порядковый номер ИМС в серии (двузначный) может быть дополнен

цифрами 01 (для корпуса 3101) или 08 (для корпуса 2108), но их допусти-

мо и не указывать.

Из примера на рис. 1.5 по двухбуквенному шифру (УД) заключаем,

что перед нами ОУ. Исключением из этого правила является ИС

К118УД1А–В, представляющая собой однокаскадный дифференциальный

усилитель. Цифры свидетельствуют о том, что ОУ полупроводниковый се-

рии 140 с номером разработки в данной серии 17. Буква в конце условного

обозначения предупреждает о различиях в численных значениях по мень-

шей мере одного из параметров ОУ данного типа. Однако информации о

том, какой это параметр, в указанном индексе не содержится.

Лишь по справочным данным можно узнать, например, что ОУ 140УД17А и 140УД17Б различаются значением коэффициента усиления.

Микросхемам, различающимся только конструктивным исполнением, присваивают, как правило, единое цифровое обозначение серии. Следует иметь в виду, что в обозначении ИМС, выпущенных в 70–80-е годы, буквенный индекс, обозначающий тип и материал корпуса, часто отсутствует. Дело в том, что, выпуская одно и то же устройство в другом по исполнению корпусе, обычно просто изменяли номер серии (например, ОУ К153УД2 и К553УД2, компаратор К521СА3 и К554СА3 и т.д.).

4.2. Условные графические обозначения оу.

Согласно ГОСТ 2.759–82 (СТ СЭВ 3336-81) обозначения элементов

аналоговой техники, к числу которых относится и ОУ, выполняют на ос-

нове прямоугольника. Он может содержать основное и одно или два до-

полнительных поля, расположенных по обе стороны от основного

(рис. 1.6)

На схемах усилитель обозначается треугольником на основном поле.

Справа от него указывают коэффициент усиления. Если конкретное значе-

ние коэффициента усиления несущественно, его допускается не указывать

(можно также вписать знак бесконечности ∞).

Выводы ОУ делятся на входные, выходные и выводы, не несущие

функциональной нагрузки, к которым подключаются цепи напряжения пи-

тания и элементы, обеспечивающие нормальную работу ОУ. Входы пока-

зывают слева, выходы – справа.

Большинство ОУ имеют один несимметричный выход и два входа,

симметричных по отношению к общему проводу. Прямые входы и выходы

обозначают линиями, присоединяемыми к контуру графического изобра-

жения ОУ без каких-либо знаков, а с кружками в месте присоединения –

инверсные входы и выходы. Прямой вход еще называют неинвертирую-

щим, так как фаза выходного сигнала совпадает с фазой сигнала, поданно-

го на этот вход. Другой вход называют инвертирующим, так как фаза вы-

ходного сигнала сдвинута на 180° относительно входного сигнала. Поэто-

му входы оказывают на выходное напряжение равное в количественном

отношении, но противоположное по знаку влияние. Если ко входам при-

ложены синфазные, действующие одновременно одинаковые по величине

и фазе относительно общего провода сигналы, то их влияние будет взаим-

но скомпенсировано, и выход будет иметь нулевой потенциал, благодаря

чему параметры ОУ мало чувствительны к изменениям напряжения пита-

ния, температуры и других внешних факторов. Напряжение на выходе ОУ

должно быть лишь в том случае, когда на его входах действуют различные

по уровню и фазе сигналы. Выходное напряжение пропорционально раз-

ности уровней сигналов, называемой дифференциальным сигналом. Вы

ходное напряжение ОУ измеряется относительно общего провода.

Выходной вывод ОУ в большинстве случаев присоединяется к нагрузке, которая, как правило, соединяется с корпусом, но это условие соблюдается не всегда.

Чтобы обеспечить возможность работы с ОУ как с положительными,

так и с отрицательными входными сигналами, требуется двухполярное пи-

тающее напряжение. Для этого необходимо предусмотреть два источника

постоянного напряжения, которые подключаются к соответствующим вы-

водам ОУ. Их в общем случае обозначают латинской буквой U

. Если питающих напряжений несколько, их условно нумеруют (Uп+, U–) и указывают каждое у своего вывода в дополнительном поле. Вместо буквы можно указывать номинальное значение напряжения и его полярность (выводы с метками +15 В и –15 В, рис. 1.6).

При двухполярном питании постоянное напряжение на несиммет-

ричном выходе отсутствует при условии, что постоянных напряжений на

входе ОУ нет. Значения напряжений источника питания согласно

ГОСТ 17230-71 ±15, ±12, ±6 В. Известны ОУ, рассчитанные на работу от

источника с напряжением питания ±27 В. Некоторые типы ОУ сохраняют

работоспособность при снижении напряжения питания до ±3 В. Реже

встречается несимметричное (+12 и –6 В) и однополярное напряжение питания.

Наличие рассмотренных выводов необходимо для функционирова-

ния ОУ. К вспомогательным относятся выводы с метками FC–для подсое-

динения цепи, корректирующей АЧХ ОУ, выводы NC–для подключения

элементов балансировки по постоянному току (установки нуля на выходе),

а также вывод металлического корпуса (⊥) для соединения с общим прово-

дом устройства, в которое входит ОУ.

Часто для лучшего понимания принципа работы того или иного узла

или устройства и большей наглядности, позволяющей выделить аналого-

вые ИМС на фоне цифровых, в упрощенных принципиальных, функцио-

нальных и структурных схемах используется упрощенное обозначение ОУ,

в котором отсутствуют второстепенные выводы, не влияющие на принцип

действия ОУ. Обычно сохраняются лишь основное поле и сигнальные вы-

воды (рис. 1.7,а). Причем наиболее популярным, удобным, привычным яв-

ляется принятое до 80-х годов изображение ОУ в виде треугольника, при-

чем инвертирующий и неинвертирующий входы могут показываться, как и

на принципиальной схеме (рис. 1.7,б), так и с помощью знаков «−» и «+»

соответственно (рис. 1.7,в). Такое изображение ОУ встречается в самой со-

временной литературе, в том числе и справочной /1, 2/, поэтому в данной

работе использовано именно оно.

Основные правила выполнения УГО элементов аналоговой техники

Общие правила построения УГО элементов аналоговой техники установлены ГОСТ 2.759-82. УГО элементов аналоговой техники соответствуют УГО элементов цифровой техники, приведенным в 6.11 данного пособия, с учетом дополнений, изложенных ниже. Обозначения основных меток выводов элементов аналоговой техники приведены в таблице 6.5, обозначения основных функций приведены в таблице 6.6, примеры обозначения аналоговых элементов – в таблице 6.7.

Для обозначения сложной функции элемента допускается применять составное обозначение, составленное из более простых обозначений функций, например, обозначение функции интегрирующего усилителя, составленного из символов интегрирования и усиления, будет иметь вид:

Таблица 6.5 – Обозначения основных меток выводов элементов аналоговой техники

Наименование	Обозначение
Начальное значение интегрирования	I
Установка начального значения	S
Установка в состояние «0»	R
Установка в исходное состояние (сброс)	SR
Поддержание текущей величины сигнала	H
Строб, такт	C
Пуск	ST
Балансировка (коррекция «0»)	NC
Коррекция частотная	FC
Питание от источника напряжения Допускается перед буквой U проставлять номинал напряжения, при этом вместо буквы U использовать букву V, после буквы U проставлять поясняющую информацию, например:	U
– указатель питания цифровой части элемента;	U#
– указатель питания аналоговой части элемента;	U ∩ или U ∧
– признак информационного питания	UD
Общий вывод (общее обозначение):	OV
– для аналоговой части элемента;	OV ∩  или OV ∧↑
– для цифровой части элемента.	ОV#

 

Наименование	Обозначение
Общее обозначение функции	F(X1, X2…XN) или f(x1, x2…xn)
Выбор максимальной переменной	MAX или max
Выбор минимальной переменной	MIN или min
Генерирование	G
Детектирование	DK
Деление	X:Y или x;y
Деление частоты	:FR или :fr
Дифференцирование	D/DT или d/dt
Зона нечувствительности
Извлечение корня	X ­ ↑0,5 или Y ∧ 0,5 или √x
Интегрирование	INT или ∫
Логарифмирование	LOG или log
Насыщение
Образование модуля	|X| или |x|
Переключение, коммутирование:	SW
– замыкание;	SWM или
– размыкание;	SWB или
– переключение	SWT или
Показательная функция	X↑Y или X∧Y или xy
Пороговый элемент	ТН или _О или
Преобразование	X/Y или x/y
Сравнение	= =
Суммирование	SM или ∑
Тригонометрические функции, например,  синус	SIN или sin
Умножение	XY или xy
Умножение – деление	XY:Z или xy:z
Экспонента	EXP или exp
Блок постоянного запаздывания	DL или
Блок переменного запаздывания	DLV или
Воспроизведение коэффициентов	K
Многофункциональное преобразование	МF
Фильтрация	FF
Формирование	F
Усиление	> или
Преобразование цифро-аналоговое	# / ∧
Запоминание аналоговой величины (элемент слежения и хранения)	M∩ или M∧

Для обозначения функций аналоговых элементов могут быть использованы функции элементов цифровой техники, например, наборы резисторов — *R, наборы конденсаторов — *С и др.

Наименование	Обозначение
Усилитель Общее обозначение W1 до Wn – весовые коэффициенты; m1 до mk  — коэффициенты усиления. Коэффициент усиления записывают в УГО устройства напротив линии каждого выхода, за исключением цифрового. При наличии одного коэффициента для всего устройства знак m может быть заменен абсолютной величиной. Если m = 1, то цифра 1 может быть опущена
Усилитель операционный
Усилитель инвертирующий (инвертор) с коэффициентом  усиления 1 u = -1а
Усилитель суммирующий u =  –10(0,1а + 0,1b + 0,2с + 0,5d + 1,0е) = –(a + b + 2c + 5d + 10e)
Усилитель интегрирующий (интегратор) Если f = 1, g = 0, h = 0, то Примечание — Идентификаторы сигналов (∧ и #) могут быть опущены, если это не приведет к непониманию.
Усилитель дифференцирующий  u = 5 d/dt (а + 4b)
Перемножитель с коэффициентом  передачи К  u = – Kab
Преобразователь координат полярных в прямоугольные u1 = a cos b u2 = a sin b
Преобразователь аналогово-цифровой
Электронные ключи, коммутаторы (общее обозначение)
Блок постоянного коэффициента с одним входом

 

ГОСТ 23089.12-86 Микросхемы интегральные. Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей

Текст ГОСТ 23089.12-86 Микросхемы интегральные. Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей



ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СОЮЗА ССР

МИКРОСХЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

ГОСТ 23089.12-86

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

УДК 621.3.049.77.001.4:006.354    Группа Э29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МИКРОСХЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей

Integrated microcircuits. Methods for measuring noise parameters of operational amplifiers

ГОСТ

23089.12-86

ОКП 62 3100

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 июня 1986 г. N9 1938 срок действия установлен

с 01.07.87 до 01.07.92

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на операционные усилители (ОУ) и устанавливает методы измерения:

нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума; эффективного значения напряжения шума; размаха шума.

Общие требования при измерении и требования безопасности по ГОСТ 23089.0—78.

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НОРМИРОВАННОЙ Э.Д.С. ШУМА И НОРМИРОВАННОГО ТОКА ШУМА

11. Принцип, условия и режим измерения

1.1.1.    Метод измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума основан на выделении отдельных участков спектра шума, осуществляемом узкополосными фильтрами с дальнейшим измерением нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума измерителем переменного напряжения.

1.1.2.    Электрический режим и условия измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях (далее — ТУ) на ОУ конкретных типов.

Издание официальное

Перепечатка воспрещена

© Издательство стандартов, 1986

2—2410

1.1.3. ОУ должен быть включен с корректирующими цепями, если данное требование установлено в стандартах или ТУ на ОУ конкретных типов.

Шумы устройства контактирования ОУ и уровень наводок не должны влиять на результаты измерения.

12. Аппаратура

1.2.1. Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт. 1.

ю

DA—проверяемый ОУ, Gl, G2—источники постоянного напряжс ния, Z—полосовой фильтр, PV—измеритель переменного напри жения, Rlj R3—резисторы обратной ‘связи, R2—резистор, имитирующий сопротивление источника шума, Я4—резистор нагрузки, С—конденсатор нагрузки, S—устройство коммутации, aJ—инвертирующий вход ОУ, а2—неинвертирующий вход ОУ

Черт 1

1.2.2. Источники питания G1 и G2 должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%, и удовлетворять условию

Eiu_f G, тах^С^Л    Hj min>

О)

где Е_ш>с,шах— максимальная спектральная плотность напряжений пульсаций и собственных шумов источников постоянного напряжения G1 и G2, приведенная ко

входу проверяемого ОУ, В/ |/ Гц;

Е_т, H,min— минимальная нормированная э.д.с. шума проверяемого ОУ, В/]/» Гц.

1.2.3. Полосовой фильтр Z должен обеспечивать эффективную полосу пропускания А/* =0,3 f_n ±5%,

где /_ц — центральная частота полосы пропускания фильтра, Гц.

Центральную частоту полосы пропускания фильтров выбирают из ряда: 10, 20 , 71, 120, 1000, 10⁴, 10⁵ Гц.

Неравномерность коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания не должна выходить за пределы ±0,25 дБ.

Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи полосового фильтра не должна выходить за пределы ±2,5%.

Затухание полосового фильтра вне полосы пропускания должно быть не менее 24 дБ/о-кт.

Приведенное ко входу напряжение собственных шумов и_ш, вх, z В, фильтра Z не должно превышать значения

и_ш. вх, Z< 0,1 ±±£³— • Е_ш,    min • j/д/\

Hi

Urn, вх, Z <0,1-^³—/ш. », Ш!П-RrV^P,

(2)

(2а)

где Af* — эффективная полоса пропускания полосового фильтра, Гц;

/_Ш(н, mm — минимальный нормированный ток шума проверяемого ОУ, А/[/ Гц.

1.2.4. Измеритель PV должен обеспечивать измерение переменного напряжения с погрешностью, не выходящей за пределы ±3%.

Время измерения /_И) с, измерителем PV определяют по формуле

I

(3)

где Оф_Л — среднее квадратическое отклонение значений флуктуаций на выходе сглаживающего фильтра детектора.

1.2.5.    Сопротивление резистора RJ должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор R1 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.

1.2.6.    Сопротивление резистора R3, Ом, выбирают из условий

и_% min    (4)

Ri

^сч,ппх+^{10 Е}

in, н, max

• ]/д г

и

вых, max

При измерении нормированного тока шума, кроме условия (4), должно выполняться неравенство

R,

tfi+Яз

£/.

см, max

+ю /

ш, н, max

•V*P- Rt+r,

вх, шах

R’

U,

вых, шах

(6)

где /С_д, и, min— минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;

Uсм,шах— максимальное абсолютное значение напряжения смещения нуля проверяемого ОУ, В; £ш₍н,тах; /щ,н.юах— максимальные значения нормированной э.д.с.,

В/У Гц, и нормированного тока шума проверяемого ОУ, А/1/ Гц;

Гвых,max — абсолютное значение максимального выходного напряжения проверяемого ОУ, В.

Резистор R3 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R3 не должно выходить за пределы ±0,5%.

1.2.7. Сопротивление резистора R2, Ом, выбирают из условия

1,66-10-*>

/2

ш, н, ш!п

(7)

где /_ш,н, mm — минимальное значение нормированного тока шума

проверяемого ОУ, А/У~ Гц.

Резистор R2 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R2 не должно выходить за пределы ±0,5%.

1.2.8. Сопротивление резистора R4, Ом, выбирают из условия

Ян R* R* R_z ’

где R_n — сопротивление нагрузки ОУ, Ом;

R_z — входное сопротивление полосового фильтра, Ом.

Допустимое отклонение сопротивления резистора R4 не долж но выходить за пределы ±5%.

1.2.9. Емкость конденсатора С, Ф, выбирают из условия

С_н—С+С_м+Сг,    (9)

где С_н—емкость нагрузки проверяемого ОУ, Ф;

С_м—паразитная емкость монтажа, выходной цепи ОУ, Ф; С₂ — входная емкость полосового фильтра, Ф.

Допустимое отклонение емкости конденсатора С не должно выходить за пределы ±5%.

1.2.10. Суммарная паразитная емкость С_п, Ф, состоящая из собственной емкости резистора R2 и емкости монтажа, должна удовлетворять условию

0J_

rf-Rz ⁹

(Ю)

где f — частота, на которой проводят измерение, Гц.

1.2.11. Измерительные приборы и элементы, указанные на электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерений, указанную в настоящем стандарте.

1.3. Подготовка и п р о в е д е н и е и з м е р е н и й

1.3.1.    Подключают ОУ к измерительной установке.

1.3.2.    Подают на ОУ напряжения от источников постоянного напряжения G1 и G2 и любым известным способом убеждаются в отсутствии генерации ОУ и посторонних наводок.

1.3.3.    Ставят устройство коммутации 5 в положение / и измерителем PV измеряют напряжение С/_ш, вых, ь

1.3.4.    Ставят устройство коммутации S в положение 2 и измерителем PV измеряют напряжение U_{m> В}ы*, 2-

1.3.5.    При необходимости допускается измерять нормированный ток шума и по инвертирующему входу ОУ подключением резистора R2 в цепь инвертирующего входа проверяемого ОУ.

1.4. Обработка результатов    _

1.4.1. Нормированную э.д.с. шума £_ш,, _н, В/ V Гц, определяют по формуле

н —

tfi+Яз

и,

Ш, ПЫХ, 1 К 7

-1,66-Ю-и»-я,,

(И)

где K_z — коэффициент передачи полосового фильтра Z.

Эффективную полосу пропускания полосового фильтра А/* допускается принимать равной полосе пропускания того же фильтра на уровне 0,7 (минус 3 дБ).

1.4.2. Нормированный ток шума /_Ш)Н определяют по формуле

ш. вых. 2

Ra КI ‘ К

1,66- !0~²⁰ R²

(12)

1.5. Показатели точности измерений

1.5.1. Погрешность измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума ОУ не должна выходить за пределы ±10% с доверительной вероятностью Р*=0.997.

1.5.2. Определение показателей точности измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума приведено в рекомендуемом приложении 1.

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА

2.1.    Принцип, условия и режим измерений

2.1.1.    Метод измерения эффективного значения напряжения шума ОУ основан на выделении заданной полосы шумового спектра О У, осуществляемом широкополосным фильтром с дальнейшим измерением эффективного значения напряжения шума, приведенного ко входу.

2.1.2.    Условия и режим измерения—по пл. 1.1.2 и 1.1.3.

2.2.    Аппаратура

2.2.1.    Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт. 2.

2.2.2.    Источники постоянного напряжения G1 и G2 должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%, и удовлетворять условию

где £/_ш, о, шах — максимальное эффективное значение напряжения

1/д|₍ эфф, min— минимальное эффективное значение напряжения шума проверяемого ОУ, В.

2.2.3. Полосовой фильтр г должен обеспечивать полосу пропускания (на уровне минус 3 дБ) от 20 Гц до 20 кГц. Погрешность частот срезов полосового фильтра не должна выходить за пределы ±5%.

Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи фильтра не должна выходить за пределы ±2%.

Затухание фильтра вне полосы пропускания с обеих сторон должно быть не менее 24 дБ/окт.

Приведенное ко входу напряжение собственных шумов 1/_ш, вх2. В фильтра Z не должно превышать значения

2.2.4. Измеритель PV должен обеспечивать измерение эффективного значения переменного напряжения с относительной погрешностью, не выходящей за пределы ±3%.

(13)

пульсаций и собственных шумов источников постоянного напряжения G1 и G2, приведенное ко входу проверяемого ОУ,В;

R 1+*а Ri

(14)

Частоты срезов полосы пропускания измерителя PV должны удовлетворять условиям;

/срз, н, PV^fсрз, н, ZУ    (15)

R2

DA— проверяемый ОУ, G1 G2—источники постоянного напряжени i, Z—полосовой фильтр, Я У*— измеритель эффективного значения переменного напряжения, Rl, R2—резисторы обратной связи, R3—резистор нагрузки, С — конденсатор нагрузки, ai — инвертирующий вход ОУ, а2 — неинвертирующий вход ОУ

Черт 2

/срз, в, pv^fсрз, в, Z_t

Об)

ГДв fcp3,H,PV’, fcp3,B,PV И fcp3, н, Z> fcp3,B,2—НИЖНЯЯ И ВврХНЯЯ 4SC*

тоты срезов полосы пропускания измерителя PV и фильтра z соответственно, Гц.

Приведенное ко входу напряжение собственных шумов £/ш, в_Х, pv, В измерителя PV не должно превышать значения

и_ш

I

вх,

^1 + ^2 R\

и_т, эфф, min’ТС

z>

17)

где K_z—коэффициент передачи полосового фильтра.

2.2.5.    Сопротивление резистора R1 должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор R1 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R1 не должно выходить за пределы ±0,5%.

2.2.6.    Сопротивление резистора R2, Ом, выбирают из условий

^ем, тах»ЬЮ ^Ш| эфф max    (19^

^i+Л. ^    ^вых.шах    ’    ’

где Ху, t7,mm — минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;

Uсм, max— максимальное абсолютное значение напряжения смещения проверяемого ОУ, В;

Urn, эфф, max—максимальное эффективное значение напряжение шума проверяемого ОУ, В;

Увых, max— абсолютное значение максимального выходного напряжения проверяемого ОУ, В.

Резистор R2 должен быть без токовых шумов (например проволочный) .

Допустимое отклонение сопротивление резистора R2 не должно выходить за пределы ±0,5%.

2.2.7.    Сопротивление резистора R3> Ом, выбирают из условия

— = ——(20)

R_aR_t R₃R_z    ‘

где R_n—сопротивление нагрузки проверяемого ОУ, Ом;

R_z —входное сопротивление фильтра, Ом.

Допустимое отклонение сопротивления резистора R3 не должно выходить за пределы ±5%.

2.2.8.    Емкость конденсатора С, Ф, выбирают из условия:

С_н—С+С_МН~ Czy    (21)

где Си—емкость нагрузки проверяемого ОУ, Ф;

Си — паразитная емкость монтажа входной цепи ОУ, Ф;

С_z — входная емкость фильтра, Ф.

Допустимое отклонение емкости конденсатора С не должно выходить за пределы ±5%.

2.2.9.    Измерительные приборы и элементы, указанные на электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерений, указанную в настоящем стандарте.

2.3. Подготовка и проведение измерений

2.3.1.    Подключают ОУ к измерительной установке.

2.3.2.    Подают на ОУ напряжение от источников постоянного напряжения G1 и G2 и любым известным способом убеждаются в отсутствии генерации ОУ и посторонних наводок.

2.3.3.    Измеряют напряжение £/_ш, вых измерителем PV.

2.4. Обработка результатов

2.4.1.    Эффективное значение напряжения шума £/_ш,эфф, В, приведенное ко входу ОУ, определяют по формуле

и_ш, _эфф=У -1,66.10^-20 • R, • д/*,    (22)

где Af*—эффективная полоса пропускания полосового фильтра Z, Гц.

2.5. П о к а з ате л и точности измерений

2.5.1.    Погрешность измерения — по п. 1.5.1.

2.5.2.    Определение показателей точности измерения эффективного значения напряжения шума приведено в рекомендуемом приложении 2.

3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМАХА ШУМА

3.1.    Принцип, условия и режим измерения

3.1.1.    Метод измерения размаха шума основан на детектировании шумов двух полярностей с дальнейшим суммированием пиковых значений напряжений.

3.1.2.    Условия и режим измерения—по пп. 1.1.2 и 1.1.3.

3.2.    Аппаратура

3.2.1.    Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт. 3.

3.2.2.    Источники питания G1 и G2 должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ± 1 %, и удовлетворять условию

A Uja₃ a, mln^0»l А £Ли, min >    (23)

где AL/щ, g, max—максимальный размах напряжений собственных

шумов и пульсаций источников питания, приведенный ко входу проверяемого ОУ, В;

М/_Ш>тщ — минимальный размах шума проверяемого ОУ, В.

3.2.3.    Погрешность измерителя постоянного напряжения PV не должна выходить за пределы ±0,5%.

3.2.4.    Полосовой фильтр Z должен обеспечивать полосу пропускания Af от 0,1 до 10 Гц.

Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи фильтра Z в полосе пропускания не должна выходить за пределы ±3%.

Затухание фильтра вне полосы пропускания с обеих сторон должно быть не менее 12 дБ/окт.

3.2.5.    Пиковыми детекторами UR1, UR2 должно быть обеспечено преобразование шумовых выбросов по их амплитудному значению с погрешностью, не выходящей за пределы ± 1 %.

Изменение амплитуды на выходе детекторов за время измерения не должно превышать 1 % •

3.2.6.    Сумматор А2 должен обеспечивать суммирование выбросов шума по их абсолютному значению с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%.

rfJ

DA~ проверяемый ОУ; Л—сумматор; Gl, G2—источники постоянного напряжения; /?/, ЯЗ—резнсторы обратной связи; R2—резистор, имитирующий сопротивление источника шума; R4—резистор нагрузки; С—конденсатор нагрузки; URL UR2—пиковые детекторы положительной и отрицательной полярности, Z—полосовой фильтр; а1—инвертирующий

вход ОУ; «2—неинвертирующий вход ОУ

Черт. 3

3.2.7.    Сопротивление резистора R1 должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор RJ должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора RI не должно выходить за пределы ±0,5%.

3.2.8.    Сопротивление резистора R2 устанавливают в стандартах или ТУ на ОУ конкретных типов. Резистор R2 должен быть без токовых шумов (например микропроволочный). Рекомендуемое значение сопротивления резистора R2 100 кОм.

Допустимое отклонение сопротивления резистора R2 не должно выходить за пределы ±0,5%.

3.2.9.    Сопротивление резистора R3, Ом, выбирают из условий

_*2-> —±°— .,    (24)

*гЫ?з Ку,и,тп

>

‘Л_м, шах+2 Д U

и,

ш, шах

+R₃ *^вх, шах

вьгх, шах

(25]

Ri~hR3

9

где /Су, г/, mm— минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;

Uсм, max    максимальное абсолютное значение на пряжения

смещения проверяемого ОУ, В;

Д£/_ш, шах—максимальное значение размаха шума проверяемого ОУ, В;

//вых, max    абсолютное значение выходного напряжения про

веряемого ОУ, В;

/вх,шах—максимальное абсолютное значение выходного тока проверяемого ОУ, А,

Резистор R3 должен быть без токовых шумов (например проволочный).

Допустимое отклонение сопротивления резистора R3 не должно выходить за пределы ±0,5%.

3.2.10. Измерительные приборы и элементы, указанные в электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерения, указанную в настоящем стандарте,

3.3.    Подготовка и проведение измерений—по пп. 2.3.1—2.3.3,

3.4.    Обработка результатов

3.4.1. Размах шума AU_m> В, определяют по Формуле

Kvr-Ka-Kz

■ ^вык-6,45 • 10-и]/»Я, • Д/ , (26)

где Кин — коэффициент передачи детекторов;

Ка — коэффициент передачи сумматора Л;

Kz — коэффициент передачи фильтра Z.

3.5. Показатели точности измерений

3.5.1.    Погрешность измерения — по п. 1.5.1,

3.5.2.    Определение показателей точности измерения размаха шума приведено в рекомендуемом приложении 3.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ НОРМИРОВАННОЙ Э.Д.С. ШУМА И НОРМИРОВАННОГО ТОКА ШУМА

1. Составляющие погрешности измерения

1 1 Погрешность 6_Ь вызванную конечным значением коэффициента усиле ния проверяемого ОУ, определяют по формуле

y_tU, min

(1)

где К у и, mu» — минимальный коэффициент усиления проверяемого ОУ

1 2 Погрешность б₂, вызванную наличием напряжений пульсации и собственных шумов источников питания проверяемого ОУ, определяют по формуле

а;=К_Вл._и,н U)

ш, (?, шах ш, н-, min

(2)

⁵=*вл, и, н </)

G, max

/,,,    >, min * #2

(2а)

ш, н, min

где Квл.и.ы (/) — коэффициент влияния нестабильности источников питания на

э д с смещения нуля проверяемого ОУ от частоты,

Еш, g, max — максимальная спектральная плотность напряжений пульсации и собственных шумов источников питания проверяемого

ОУ, в/ V Гд,

Е_ш, н, min — минимальная нормированная э д с шума проверяемого ОУ, В/»К* Гц,

Iш, н, min — минимальный нормированный ток шума проверяемого ОУ, А/ V Гц

1 3 Погрешность 6′_3} вызванную отклонением значений сопротивлений резисторов R1 и R3, определяют по формуле

^й3 <]/»^{2 Ъ}Я’

(3)

где 6 _R—допустимое отклонение значений сопротивлений резисторов R1 и R3

Погрешность 6″₃, вызванную отклонением значения сопротивления резистора R2, определяют по формуле

^аз⁼⁵/?_я‘    (З^а)

где б $—допустимое отклонение значения сопротивления резистора R2

1 4 Погрешность б₄, вызванную изменением сопротивления резистора R3 от паразитной емкости, определяют по формуле

*4=1—[1+<2 я/ СпЯ,)²]⁷¹,    (4)

где f—частота, на которой проводят измерения, Гц,

С_а — паразитная емкость резистора R3, Ф

(5)

где Sjpv —погрешность измерителя PV.

1.6. Погрешность бе, вызванную неточностью коэффициента передачи полосового фильтра Z, определяют по формуле

*z’

(б>

где б % — погрешность коэффициента передачи полосового фильтра Z.

£

1.7.    Погрешность 67, вызванную неточностью определения эквивалентной полосы пропускания полосового фильтра, определяют по формуле

.    (7)

где 6 составляющая погрешности, обусловленная погрешностью измерения напряжения;

6} .— составляющая погрешности, обусловленная измерением частоты; бср—составляющая погрешности, обусловленная ошибками при определении кривой зависимости частотной характеристики фильтра, подсчета площади и построения равновеликого прямоугольника.

1.8.    Погрешность бв, вызванную конечным значением времени измерения, определяют по формуле

V

(8)

где Д/* — эффективная полоса пропускания полосового фильтра, Гц; tu—заданное время измерения, с.

1.9. Погрешность 69, вызванную наличием собственных шумов полосового фильтра, определяют по формуле

ш, н, min

\2

‘ш, н, min

Ri

■V Af-

—1.

^Um,Z+\

R1+R3

Ri

ш, н, min

Лц.н ,_aia-R,-Vbr)

■Ra-Vbf*

■1.

(9)

(9a)

где U_m,Z—напряжение собственных шумов на входе полосового фильтра г, В.

v

/

рИН

и, min

Уйг

’10

ш,н, min

R1+/А

R,

Кг-

(10)

Ь_ю—

Y Vl,_Pv+[

^uI,pv+[ ^R‘k*’    -Кг¹!*,    _m,n-R*- Vbf У

-R₂— Vbf*-

— Я.+ Я:

(10а)

ш, н. min *’2 г —I    ^

1.11. Погрешность бц, вызванную наличием нормированной э. д. с. шумов проверяемого ОУ при измерении нормированного тока шума, определяют по формуле

а г

V    н. тгах”Ь    н, min*^?)»

^ш, н, лчл’^²

(П)

2. Погрешность измерения

2.1. Погрешность измерения нормированной э. д. с. шума 6j. определяют по формуле

./(£

+

Кх I \к*

+

к

Xi

+

⁵9

Ki

MS)’-

(12)

где К _s — коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности из-мерения и доверительной вероятности Р _Е . Для нормального закона распределения и =0,997, /( = 2,97;

К_ъ К2 — коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения К\ = 3. Для частной погрешности с равномерным законом распределения /(2= 1,73.

2.2. Погрешность измерения нормированного тока шума б₂ определяют по формуле

_s=t, ± *,у () +

(13)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА

1 Составляющие погрешности измерения 1 1 Погрешность вызванную конечным значением коэффициента усиления проверяемого ОУ, определяют по формуле

Ь

^1+^2 *у. If, шin

(1)

где /С_у и min — минимальный коэффициент усиления проверяемого ОУ

1 2 Погрешность 6₂, вызванную наличием напряжений собственных шумов и пульсации источников питания, определяют по формуле

ВЛ, VI,

П (/)

, О, шах эфф, min

(2)

где /Свл.и.п (!) —коэффициент влияния нестабильности источников питания на

напряжение смещения нуля проверяемого ОУ от частоты,

U_ш, g, max — максимальное эффективное значение напряжений пульсации и собственных шумов источников питания проверяемого ОУ, В,

U_ш эфф min — минимальное эффективное значение напряжения шума проверяемого ОУ, в

1 3 Погрешность 6₃, вызванную отклонением значений сопротивлений резисторов R1 и R2, определяют по формуле

®з<V 2 8^ ,    (3)

где 6_Н—допустимое отклонение значений сопротивлений резисторов R1 и R2

1 4 Погрешность 6₄, вызванную наличием собственных шумов резисторов R1 R2j определяют по формуле

. V 1.66-Ю-²⁰ Я_я-ДГ+^,эфф, Ш1П ,

6₄~-——1.    (4)

эфф, min

где

1 5 Погрешность 65, вызванную погрешностью измерения измерителя PV, определяют по формуле

(^)

где бру ■—погрешность измерителя PV

(6)

где б %    — погрешность коэффициента передачи полосового фильтра Z.

£

1.7. Погрешность 67, вызванную нестабильностью частот срезов полосы про пускания фильтра Z, определяют по формуле

*7=}/» ■-_f^cp—³‘ ^В    (7)

‘срз, в

где 6    — погрешность верхней частоты среза фильтра Z;

/срз, в

fcpa.B — верхняя частота среза полосы пропускания фильтра Z, Гц.

1.8. Погрешность 6₈, вызванную наличием собственных шумов полосового фильтра Z, определяют по формуле

Y

2+1

и

ш, эфф, min

//    Я.+Я»

эфф, min*

-1,

(8)

где £/_ш, z — напряжение собственных шумов на входе полосового фильтра, В,

1.9. Погрешность 69, вызванную наличием собственных шумов измерителя PV, определяют по формуле

РК

+

*1

\2

эфф, min)

1,

Z7,

ш, эфф, min

я,+к,

/С:

(9)

где £/_Шг j>v — напряжение собственных шумов на входе измерителя PV;

Кг — коэффициент передачи фильтра Z.

2. Погрешность измерения

2Л. Погрешность измерения эффективного значения напряжения шума определяют по формуле

+

2

+

*9,

Кг

2

(10)

где К б — коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности из-мерения и доверительной вероятности Р% . Для нормального зако-

*3*

на распределения и jP_s —0,997, ТС—2,97;

К\, /Сз — коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения TCt”3 Для частной погрешности с равномерным законом распределения K₂—IJ3.

ПРИЛОЖЕНИЕ з Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМАХА ШУМА

1. Составляющие погрешности измерения

Л Л    &_и яызнзннук? конечным значением коэффициента /да.

ния проверяемого ОУ_? определяют по формуле

Rx+R-

RiK

у, (J, min

О)

1.2. Погрешность б₂, вызванную наличием напряжений собственных шумо_в и пульсации источников питания, определяют по формуле

⁸з=Квл, и. «(И

At/,

ш, О, шах

мг.

ш, min

(2)

где    с, max—максимальный размах напряжений собственных шумов _я

^пУльсаций источников питания проверяемого ОУ, В;

/Св_Л,и,н (/)— коэффициент влияния нестабильности источников питания ^э* с. смещения нуля проверяемого ОУ от частоты;

AU_m,_mm— минимальный размах шума проверяемого ОУ, В.

1.3. Погрешность g_3j вызванную отклонением значений сопротивлений резне торов обратной связи _и R3, определяют по формуле ³

‘R

(3)

где 6ц—допустимое отклонение значения сопротивления резисторов R1 и R3.

1.4. Погрешность б_4> вызванную наличием собственных шумов резистора определяют по форму_ле

®4=6,45-10“¹⁰

min

(4)

где А/* ■—эффективна* полоса пропускания фильтра Z, Гц.

1*5. Погрешность £_5> вызванную погрешностью измерителя PV, определяю по формуле

(5)

где —погрешность измерителя PV.

1.6. Погрешность з_б) вызванную погрешностью коэффициента передачу фильтра нижних частот 2, определяют по формуле

, (6)

^Л2

где бд. —погрешности коэффициента передачи фильтра нижних частот в полосу пропускания.

1.7.    Погрешность б₇, вызванную погрешностью коэффициента преобразования пиковых детекторов UR1 и UR2, определяют по формуле

(7)

где дик—погрешность коэффициента передачи пиковых детекторов.

1.8.    Погрешность б₈, вызванную погрешностью суммирования сумматора А2, определяют по формуле

V—^&л,    (В)

где 6а—погрешность суммирования сумматора А.

1.9. Погрешность 6₉, вызванную конечным значением времени измерения, определяют по формуле

(9)

где in — время измерения, с.

1.10. Погрешность дю, вызванная конечным значением времени разряда детекторов, не должна превышать 1%.

2. Погрешность измерения

2.1. Погрешность измерения размаха шума д₂ определяют по формуле

где /C_s—коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности из-мерения и доверительной вероятности Р 2 Для нормального закона распределения иР₂* =0,997, /С—2,97;

Ки К* — коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погреши теЙ. Для частной погрешности с нормальным законом распределения К\~3. Для частной погрешности с равномерным законом распределения К^\_у78.

Редактор М. В. Глушкова Технический редактор М. И. Максимова Корректор Е. А. Богачкова

Сдано в наб ]7 07$6 Подп в печ 03 09 &6 1,25 уел п л 1,26 уел кр отт 1,11 уч -изд л. Тир 12 000    Цена 5 коп.

Ордена «Знак Почета» Издательство стандартов, 123840, Москва, ГСП, Новопресненский пер , 3 Тип «Московский печатник». Москва, Лялин пер, б. Зак. 2410

ГОСТ 23089.0-78 (СТ СЭВ 1622-79, СТ СЭВ 3411-81) Микросхемы интегральные. Общие требования при измерении электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения (с Изменениями N 1, 2, 3), ГОСТ от 28 апреля 1978 года №23089.0-78

ГОСТ 23089.0-78
(СТ СЭВ 1622-79,
СТ СЭВ 3411-81)

Группа Э29

Срок действия с 01.07.79
до 01.01.94*
_______________________________
* Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93
Межгосударственного Совета по стандартизации,
метрологии и сертификации (ИУС N 5/6, 1993 год). —
Примечание изготовителя базы данных.

1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28.04.78 N 1164

2. Срок проверки — 1992 г.

3. Стандарт соответствует СТ СЭВ 1622-79 и СТ СЭВ 3411-81 в части общих требований к методам измерений электрических параметров

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

6. Переиздание (июль 1991 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в сентябре 1983 г., феврале 1986 г., августе 1989 г. (ИУС 12-83, 6-86, 12-89)

7. Срок действия продлен до 01.01.94 Постановлением Госстандарта СССР от 28.06.88 N 2425


Настоящий стандарт распространяется на операционные усилители и компараторы напряжения и устанавливает общие требования для методов измерения электрических параметров.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1. УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЯ

1.1. Климатические условия измерения параметров операционных усилителей и компараторов напряжения должны соответствовать ГОСТ 20.57.406-81 и стандартам или техническим условиям на операционные усилители конкретных типов.

Электрические параметры операционных усилителей и компараторов напряжения измеряют по ГОСТ 23089.1-83-ГОСТ 23089.11-83, ГОСТ 23089.12-86, ГОСТ 23089.13-86 и ГОСТ 23089.14-88.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3).

1.2. Во время проведения измерения предельное отклонение установленной температуры окружающей среды должно быть в пределах ±2 °С.

1.3. Измерения должны проводиться в установившемся тепловом режиме. Если условия измерений вызывают термическую нестабильность проверяемой микросхемы, измерения проводят импульсным методом.

Время между отдельными измерениями должно быть минимальным, чтобы уменьшить изменение результатов измерений, вызванных временной нестабильностью некоторых параметров или изменением условий окружающей среды.

1.2, 1.3. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

2. АППАРАТУРА

2.1. Измерительные установки должны соответствовать требованиям ГОСТ 22261-82*, при этом испытания на климатические воздействия допускается не проводить.
_______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 22261-94, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

2а.1. Погрешность измерений статических параметров должна находиться в интервале ±5%, а динамических — ±10% с доверительной вероятностью 0,997.

(Введен дополнительно, Изм. N 3).

2.2. (Исключен, Изм. N 2).

2.3. Нестабильность источников питания, вызванная изменением напряжения сети и окружающей температуры, должна находиться в пределах ±1% для источников постоянного тока и ±2% для источников переменного и импульсного тока.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.4. Коэффициент пульсации напряжения (тока) источников питания не должен превышать ±1%, если иное не установлено в стандартах на методы измерения электрических параметров.

2.5. Регулирующие устройства, предназначенные для установки режимов измерений, должны обеспечивать плавность измерения режимов во всех диапазонах при условии перекрытия границ диапазонов.

Допускается использование источников питания с фиксированными значениями напряжения.

2.6. (Исключен, Изм. N 2).

2.7. В измерительных установках место включения измерительных приборов для контроля параметров и режима измерения может отличаться от указанного на электрической схеме соответствующего стандарта на метод измерения.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.8. В измерительных установках приборы для контроля параметров режима могут отсутствовать, если каким-либо способом обеспечивается требуемая погрешность установки и поддержания режима.

Допускается применение в измерительных установках дополнительных измерительных приборов и сигнальных устройств, при этом основная погрешность не должна выходить за пределы, установленные стандартами или техническими условиями на соответствующие методы измерений.

2.9. Измерительные установки должны быть снабжены устройствами защиты, исключающими самовозбуждение и выход из строя проверяемого операционного усилителя и компаратора напряжения при измерении.

При этом режимы и погрешность измерения должны находиться в пределах, установленных в стандартах или технических условиях на операционные усилители конкретных типов.

2.8, 2.9. (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.10. Контактирующие устройства измерительных установок должны обеспечивать надежное электрическое подключение операционных усилителей, исключающее их механические повреждения.

2.11. В измерительных установках должна быть предусмотрена возможность дистанционного измерения статических параметров (параметров постоянного тока) операционных усилителей.

2.12. В измерительных установках, где используется вспомогательный усилитель, требования к параметрам вспомогательного усилителя определяются требуемой погрешностью измерения параметров проверяемой микросхемы и устанавливаются в стандартах или технических условиях на операционные усилители конкретных типов.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.13. Погрешность установления и поддержания напряжения питания должна быть в пределах ±5%.

Конкретное значение погрешности установления и поддержания напряжения питания должно быть установлено в стандартах на конкретный метод измерения параметров операционных усилителей и компараторов напряжения.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.14. Источники питания должны иметь нулевое полное сопротивление на частотах сигнала, используемых при измерениях.

2.15. При измерениях в режиме малого сигнала по линейному участку характеристики операционного усилителя и компаратора напряжения используемые сигналы переменного тока должны быть такими, чтобы постоянное уменьшение их амплитуды приводило к незначительным изменениям значений параметров в пределах необходимой точности.

2.14, 2.15. (Введены дополнительно, Изм. N 2).

2а. ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

2a.1. Погрешность измерений в статическом режиме должна находиться в пределах ±5%, а в динамическом — ±10%, с доверительной вероятностью не менее 0,997.

Разд.2а. (Введен дополнительно, Изм. N 2).

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

3.1. Измерительные установки, применяемые для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения, должны соответствовать требованиям ГОСТ 22261-82, ГОСТ 12.2.007.0-75 и «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей*», утвержденных Госэнергонадзором СССР.
_______________
* На территории Российской Федерации действуют «Межотраслевые Правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок» (ПОТ Р М-016-2001, РД 153-34.0-03.150-00). — Примечание изготовителя базы данных.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

3.2. Измерительные установки не должны устанавливаться в пожаро- и взрывоопасных помещениях.

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

Приложение (справочное). Информационные данные о соответствии ГОСТ 23089.0-78, СТ СЭВ 1622-79 и СТ СЭВ 3411-81

Информационные данные о соответствии ГОСТ 23089.0-78,
СТ СЭВ 1622-79 и СТ СЭВ 3411-81

Пункт ГОСТ 23089.0-78	Пункт СТ СЭВ 1622-79	Пункт СТ СЭВ 3411-81
1.2	—	1.1.2
1.3	—	1.1.3
2.2	1.3	1.1.5
2.3	2.1	—
2.4	2.2	—
2.5	2.3	—
2.7	1.4	—
2.8	1.5	—
2.9	1.10	—
2.10	1.7	—
2.13	—	1.1.1

(Введено дополнительно, Изм. N 1).



Электронный текст документа
подготовлен ЗАО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1991

Операционный усилитель, принцип работы для чайников!

Приветствую вас дорогие друзья! Вот наконец добрался я  до своего компьютера,  приготовил себе чайку с печеньками  и понеслась…

Для тех кто впервые на моем блоге и не совсем понимает что здесь происходит спешу напомнить, меня зовут Владимир Васильев и на этих страницах я делюсь со своими читателями сакральными знаниями из области электроники и не только электроники. Так что может быть и вы здесь найдете  для себя что-то полезное, по крайней мере я на это надеюсь.  Обязательно подпишитесь, тогда вы ничего не пропустите.

А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель.  Эти усилители   применяются повсеместно, везде где требуется усилить сигнал по мощности найдется работенка для операционника.

Особенно распространено применение  операционных усилителей в аудиотехнике. Каждый аудиофилл стремится усилить звучание своих музыкальных колонок и поэтому старается прикрутить усилитель по мощнее. Вот здесь мы и сталкиваемся с операционными усилителями,  ведь многие аудиосистемы просто нашпигованы ими.  Благодаря  свойству операционного усилителя усиливать сигнал по мощности мы ощущаем более мощное давление на свои барабанные перепонки когда слушаем композиции на своих аудио колонках. Вот так вот в быту мы оцениваем  качество работы операционного усилителя  на слух.

В  этой статье на слух мы оценивать ничего не будем но постараемся рассмотреть все детально и  разложим все по полочкам чтобы стало понятно даже самому самоварному чайнику .

---

[contents]

---

Что такое операционный усилитель ?

Операционные усилители представляют собой микросхемы которые могут выглядеть по-разному.

Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Слева операционный усилитель К544УД2АР в  пластмассовом DIP корпусе а справа изображен операционник в металлическом  корпусе.

По началу, до знакомства с операционниками,     микросхемы в таких металлических корпусах я постоянно путал с транзисторами.  Думал что это такие хитромудрые  многоэмиттерные транзисторы 🙂

Условное графическое обозначение (УГО)

Условное обозначение операционного усилителя выглядит следующим образом.

Итак  операционный усилитель (ОУ) имеет два входа и один выход. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают.

Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:

 

1. Выход операционника стремится к тому, чтобы разность напряжений на его входах была равна нулю
2. Входы операционного усилителя ток не потребляют

Вход 1  обозначается знаком «+»  и называется неинвертирующим а вход 2 обозначается как «-» и является инвертирующим.

Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом.

Это говорит о том, что  входы операционного усилителя ток почти не потребляют (буквально какие-то наноамперы). Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его.

Коэффициент усиления операционного усилителя имеет просто огромное значение,  может достигать миллиона, а это очень большое значение!  Значит это то, что если мы ко входу приложим небольшое напряжение, хотябы 1 мВ, то на выходе  получим сразу максимум,  напряжение почти равное напряжению источника питания ОУ. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи (ОС). Действительно какой смысл во входном сигнале если на выходе мы всегда получим максимальное напряжение, но об этом поговорим чуть позже.

Входы ОУ работают так, что если величина на неинвертирующем входе окажется больше чем на инвертирующем, то на выходе будет  максимальное положительное значение +15В. Если на инвертирующем входе величина напряжения  окажется более положительной то  на выходе будем наблюдать максимум отрицательной величины, где-то -15В.

Действительно операционный усилитель может выдавать значения напряжений как положительной так и отрицательной полярности. У новичка может возникнуть вопрос о том как же такое возможно? Но такое действительно возможно и это связано с применением источника питания с расщепленным  напряжением, так называемым двуполярным питанием. Давайте рассмотрим питание операционника чуток подробнее.

Правильное питание ОУ

Наверное не будет секретом, что для того, чтобы операционник работал, его нужно запитать, т.е. подключить его к источнику питания. Но есть интересный момент, как мы убедились чуток ранее операционный усилитель может выдавать на выход напряжения как положительной так и отрицательной полярности. Как такое может быть?

А такое быть может! Это связано с применением двуполярного источника питания, конечно возможно использование и однополярного источника но в этом случае возможности операционного усилителя будут ограничены.

Вообще в работе с источниками питания многое зависит от того что мы взяли за точку отсчета т.е. за 0 (ноль). Давайте с этим разберемся.

Пример на батарейках

 Обычно примеры проще всего приводить на пальцах но  в электронике думаю подойдут и пальчиковые батарейки 🙂

Допустим у нас есть обычная пальчиковая батарейка (батарейка типа АА). У нее есть два полюса плюсовой и минусовой. Когда минусовой полюс мы принимаем за ноль, считаем нулевой точкой отсчета то соответственно плюсовой полюс батарейки будет у нас показывать + 5В (значение с плюсом).

Это мы можем увидеть с помощью мультиметра (кстати статья про мультиметры в помощь), достаточно подключить   минусовой черный щуп к минусу батарейки а красный щуп к плюсу и вуаля. Здесь все просто и логично.

Теперь немножко усложним задачу и возьмем точно такую же вторую батарейку. Подключим батарейки последовательно и  рассмотрим как меняются показания измерительных приборов (мультиметров или вольтметров) в зависимости от различных точек приложения щупов.

Если мы за ноль приняли минусовой полюс крайней батарейки  а измеряющий щуп подключим к плюсу батарейки то  мультиметр нам покажет значение в +10 В.

Если за точку отсчета будет принят положительный полюс батарейки а измеряющий щуп был подключен к минусу то любой вольтметр нам покажет -10 В.

Но если за точку отсчета будет принята точка между двумя батарейками то в результате мы сможем плучить простой источник двуполярного питания. И вы можете в этом убедиться, мультиметр нам подтвердит что так оно и есть. У нас в наличии   будет напряжение как положительной полярности +5В так и  напряжение отрицательной полярности -5В.

Схемы источников двуполярного питания

Примеры на батарейках я привел для примера, чтобы было более понятно. Теперь давайте рассмотрим несколько примеров  простых схем источников расщепленного питания которые можно применять в своих радиолюбительских конструкциях.

Схема с трансформатором,  с отводом от «средней» точки

И первая схема источника питания для ОУ перед вами. Она достаточно простая но я немножко поясню принцип ее работы.

Схема питается от привычной нам домашней  сети  поэтому нет ничего удивительного что на первичную обмотку трансформатора приходит переменный ток в 220В. Затем трансформатор преобразует переменный ток 220В в такой же переменный но уже в 30В. Вот такую  вот нам захотелось произвести трансформацию.

Да на вторичной обмотке будет переменное напряжение в 30В но обратите внимание на отвод от средней точки вторичной обмотки. На вторичной обмотке сделано ответвление, причем количество витков до этого ответвления равно числу витков после ответвления.

Благодаря этому ответвлению мы можем получить на выходе вторичной обмотки переменное напряжение как в 30 В так и переменку в 15В. Это знание мы берем на вооружение.

Далее нам нужно переменку выпрямить и превратить в постоянку поэтому диодный мост нам в помощь. Диодный мост с этой задачей справился и на выходе мы получили не очень стабильную постоянку в 30В. Это напряжение будет нам показывать мультиметр если  мы подключим шупы к выходу диодного моста, но нам нужно помнить про ответвление на вторичной обмотке.

Это ответвление мы ведем далее и подключаем между электролитическими конденсаторами и затем между следующией парой высокочастотных кондерчиков. Чего мы этим добились?

Мы добились нулевой точки отсчета между полюсами потенциалов положительной и отрицательной полярности. В результате на выходе мы имеем достаточно стабильное  напряжение как +15В так и -15В. Эту схему конечно можно еще более улучшить если добавить стабилитроны или интегральные стабилизаторы но тем не менее приведенная схема уже вполне может справиться с задачей питания операционных усилителей.

Схема с двумя диодными мостами

Эта схема на мой взгляд проще, проще в том ключе, что нет необходимости искать трансформатор с ответвлением от середины или формировать вторичную обмотку самостоятельно. Но здесь придется раскошелиться на второй диодный мост.

Диодные мосты включены так, что положительный потенциал формируется с катодов диодиков первого моста, а отрицательный потенциал выходит с анодов диодов второго моста.  Здесь нулевая точка отсчета выводится между  двумя мостами. Упомяну также, что здесь используются разделительные конденсаторы, они оберегают один диодный мост от воздействий со стороны второго.

Эта схема также легко подвергается различным улучшениям, но самое главное она решает основную задачу — с помощью нее можно запитать операционный усилитель.

Обратная связь ОУ

Как я уже упоминал операционные усилители почти всегда используют с обратной связью (ОС). Но что представляет собой обратная связь и для чего она нужна? Попробуем с этим разобраться.

С обратной связью мы сталкиваемся постоянно: когда хотим налить в кружку чая или даже сходить в туалет по малой нужде 🙂 Когда человек управляет автомобилем или велосипедом то здесь также работает обратная связь. Ведь для того, чтобы ехать легко и непринужденно  мы вынуждены постоянно контролировать управление в зависимости от различных факторов: ситуации на дороге, технического состояния средства передвижения и так далее.

Если на дороге стало скользко ? Ага мы среагировали, сделали коррекцию и дальше двигаемся более осторожно.

В операционном усилителе все происходит подобным образом.

Без обратной связи при подаче на вход определенного сигнала на выходе мы всегда получим одно и тоже значение напряжения. Оно будет близко напряжению питания (так как коэффициент усиления очень большой). Мы не контролируем выходной сигнал. Но если часть сигнала с выхода мы отправим обратно на вход то что это даст?

Мы сможем контролировать выходное напряжение. Это управление будет на столько эффективным, что можно просто забыть про коэффициент усиления, операционник  станет послушным и предсказуемым потому что его поведение будет зависеть лишь от обратной связи. Далее я расскажу как можно эффективно управлять выходным сигналом  и как его контролировать, но для этого нам нужно знать некоторые детали.

Положительная обратная связь,  отрицательная обратная связь

Да, в  операционных усилителях применяют обратную связь и очень широко. Но обратная связь   может быть как положительной так и отрицательной. Надо бы разобраться в чем суть.

Положительная обратная связь это когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход причем она (часть выходного) суммируется с входным.

Положительная обратная связь в операционниках применяется не так широко как отрицательная. Более того положительная обратная связь чаще бывает нежелательным побочным явлением некоторых схем и положительной связи стараются избегать.  Она является нежелательной потому, что эта связь может усиливать искажения в схеме и в итоге привести к нестабильности.

С другой стороны положительная обратная связь не уменьшает коэффициент усиления операционного усилителя что бывает полезно. А нестабильность также находит свое применение в компараторах, которые  используют в АЦП (Аналого-цифровых преобразователях).

Отрицательная обратная связь это такая связь когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход но при этом она вычитается из входного

А вот отрицательная обратная связь просто создана для операционных усилителей. Несмотря на то, что она способствует некоторому ослаблению коэффициента усиления, она приносит в схему стабильность и управляемость.  В результате схема становится независимой от коэффициента усиления, ее свойства полностью управляются отрицательной обратной связью.

При использовании отрицательной обратной связи операционный усилитель приобретает одно очень полезное свойство. Операционник контролирует состояния своих входов и стремится к тому, потенциалы на его входах были равны. ОУ подстраивает свое выходное напряжение так, чтобы результирующий входной потенциал (разность Вх.1 и Вх.2) был нулевым.

Подавляющая часть схем на операционниках строится с применением отрицательной обратной связи! Так что для того чтобы разобраться как работает отрицательная связь нам нужно рассмотреть схемы включения ОУ.

Схемы включения операционных усилителей

Схемы включения операционных усилителей могут быть весьма разнообразны поэтому мне врятля удастся  рассказать о каждой но  я постараюсь рассмотреть основные.

Компаратор на ОУ

Формулы для  компараторной схемы будут следующие:

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логической единице.

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логическому нулю.

Схема компаратора обладает высоким входным сопротивлением (импедансом) и низким выходным.

Рассмотрим для начала вот такую схему включения  операционника  в режиме компаратора.  Эта схема включения лишена обратной связи.  Такие схемы применяются в цифровой схемотехнике когда нужно оценить сигналы на входе, выяснить какой больше  и выдать результат в цифровой форме. В итоге на выходе будет логическая 1 или логический ноль (к примеру 5В это 1 а 0В это ноль).

Допустим  напряжение стабилизации стабилитрона  5В,  на вход один мы приложили 3В а к входу 2 мы приложили 1В. Далее в компараторе происходит следующее, напряжение на прямом входе 1  используется как есть (просто потому что это неинвертирующий вход) а напряжение на инверсном входе 2 инвертируется. В результате где было 3В так и остается 3В а где был 1В будет -1В.

В результате 3В-1В =2В, но благодаря коэффициенту усиления операционника на выход пойдет напряжение равное напряжению источника питания, т.е. порядка 15В. Но стабилитрон отработает и на выход пойдет 5В что соответствует логической единице.

Теперь представили, что на вход 2 мы кинули 3В а на вход 1 приложили 1В. Операционник все это прожует, прямой вход оставит без изменений, а инверсный (инвертирующий)  изменит на противоположный  из 3В сделает -3В.

В результате 1В-3В=-2В, но согласно логике работы на выход пойдет минус источника питания т.е. -15В. Но у нас стоит стабилитрон и он это не пропустит и на выходе у нас будет величина близкая нулю. Это и будет логический ноль для цифровой схемы.

Триггер Шмитта на ОУ

Чуть ранее мы рассматривали такую схему включения ОУ как компаратор. В компараторе сравниваются два напряжения на входе и выдается результат на выходе. Но чтобы сравнивать входное напряжение с нулем нужно воспользоваться схемой представленной чуть выше.

Здесь сигнал подается на инвертирующий вход а прямой вход посажен на землю, на ноль.

Если на входе у нас напряжение больше нуля то на выходе будем иметь  -15В. Если напряжение меньше нуля то на выходе будет+15В.

Но что случится если мы захотим подать напряжение равное нулю? Такое напряжение никогда не получится сделать, ведь идеального нуля не бывает и сигнал на входе хоть на доли микровольт но обязательно будет меняться в ту или другую сторону.  В результате на выходе будут полный хаос, выходное напряжение будет многократно скакать  максимума до минимума что на практике совершенно не удобно.

Для избавления от подобного хаоса вводит гистерезист — это некий зазор в пределах которого сигнал на выходе не будет меняться.

Этот зазор позволяет реализовать данная схема посредством положительной обратной связи.

Представим, что на вход мы подали 5В , на выходе в первое мгновение получится сигнал напряжением в -15В. Далее начинает отрабатывать положительная обратная связь.  Обратная связь образует делитель напряжения в результате чего на прямом входе операционника появится напряжение -1,36В.

На инверсном входе у нас сигнал более положительный поэтому  операционный усилитель отработает следующим образом.  Внутри него сигнал в 5В инвертируется и становится -5В, далее два сигнала складываются и получается отрицательное значение. Отрицательное значение благодаря коэффициенту усиления станет -15В. Сигнал на выходе не изменится пока сигнал на входе не опустится менее -1,36В.

Пусть сигнал на входе изменился и стал -2В. В нутрях это -2В инвертируется и станет +2В, а -1,36В как был так и останется. Далее все это складывается и получается положительное значение которое на выходе превратится в +15В.  На прямом входе значение -1,36В благодаря обратной связи превратится в +1,36В. Теперь чтобы изменить значение на выходе на противоположное нужно подать сигнал более 1,36В.

Таким образом у нас появилась зона с нулевой чувствительностью с диапазоном от -1,36В до +1,36В. Такая зона нечувствительности носит название гистерезис.

Повторитель

Наиболее простой обладатель отрицательной обратной связи это повторитель.

Повторитель выдает на выходе то напряжение, которое было подано на его вход. Казалось бы для чего  это нужно ведь от этого ничего не меняется. Но в этом есть смысл, ведь вспомним свойство операционника, он обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным. В схемах повторители выступают в роли буфера, который оберегает от перегрузок хилые выходы.

Чтобы понять как он работает отмотаете чуток назад, там где мы обсуждали отрицательную обратную связь. Там я упоминал, что в случае с отрицательной обратной связью операционник всеми возможными способами стремится к равному потенциалу по своим входам.  Для этого он подстраивает напряжение на своем выходе так, чтобы разность потенциалов на его входах равнялась нулю.

Так допустим на входе у нас 1В. Чтобы потенциалы на входах были раны на инвертирующем входе должен быть также 1В. На то  он и повторитель.

Неинвертирующий усилитель

Схема неинвертирующего усилителя очень похожа на схему повторителя, только здесь обратная связь представлена делителем напряжения и посажена на землю.

Посмотрим как все это работает. Допустим на вход подано 5В, резистор R1 = 10Ом, резистор R2 = 10Ом. Чтобы напряжение на входах были равны, операционник вынужден поднять напряжение на выходе так, чтобы потенциал на инверсном входе сравнялся с прямым. В данном случае делитель напряжения делит пополам, получается, что напряжение на выходе должно быть  в два раза больше напряжения на входе.

Вообще чтобы применять эту схему включения даже не нужно  ничего ворошить в голове, достаточно воспользоваться формулой, где достаточно узнать коэффициент К.

Инвертирующий усилитель

И сейчас мы рассмотрим работу такой схемы включения как инвертирующий усилитель.  Для инвертирующего усилителя  есть такие формулы:

Инвертирующий усилитель позволяет усиливать сигнал одновременно инвертируя (меняя знак ) его . Причем коэффициент усиления мы можем задать любой. Этот коэффициент усиления мы формируем посредством отрицательной обратной связи, которая представляет собой делитель напряжения.

Теперь попробуем его в работе, допустим на входе у нас сигнал в 1В, резистор R2 = 100Ом, резистор R1 = 10Ом. Сигнал со входа идет через R1, затем R2  и на выход.  Допустим сигнал на выходе невероятным образом стал 0В. Рассчитаем делитель напряжения.

1В/110=Х/100, отсюда Х = 0,91В

Получается что в точке А потенциал равен 0,91В,  но это противоречит правилу операционного усилителя. Ведь операционник стремится уравнять потенциалы на своих входах. Поэтому потенциал в точке А будет равен нулю и равен потенциалу в точке B.

Как сделать так чтобы на входе был 1В а в точке А  был 0В?

Для этого нужно уменьшать напряжение на выходе.  И в результате мы получаем

 

К сожалению инвертирующий усилитель обладает одним явным недостатком — низким входным сопротивлением, которое равняется резистору R1.

Сумматор инвертирующий

 

А эта схема включения позволяет складывать множество входных напряжений. Причем напряжения могут быть как положительными так и отрицательными. По истине на операционниках можно строить аналоговые компьютеры. Так чтож давайте разбираться.

Основой сумматора служит все тот же инвертирующий усилитель только с одним отличием, вместо одного входа он может иметь этих входов сколько угодно. Вспомним формулку и инвертирующего усилка.Потенциал точки Х будет равен нулю поэтому сумма токов входящих с каждого входа будет выглядеть вот так:Если нашей целью является чистое сложение входных напряжений то все резисторы в этой схеме выбираются одного номинала.  Это приводит также что коэффициент усиления для каждого входа будет равен 1. Тогда формула для инвертирующего усилителя принимает вид: 

Ну чтож, я думаю что с работой сумматора и других схем включения на операционниках разобраться не трудно. Достаточно немножко попрактиковаться и попробовать собрать эти схемы и посмотреть что происходит с входными и выходными сигналами.

А я на этом пожалуй остановлюсь ведь в работе с операционными усилителями применяются очень много различных схем включения, это различные преобразователи ток-напряжение,  сумматоры, интеграторы и логарифмирующие усилители и все их рассматривать можно очень долго.

Если вас заинтересовали другие схемы включения и хотите с ними разобраться то советую полистать книжку П.Хоровица и У.Хилла,  все обязательно встанет на свои места.

А на этом я буду завершать, тем более статья получилась достаточно объемной и  после написания ее нужно чутка подшлифовать и навести марафет.

Друзья, не забывайте подписываться на обновления блога, ведь чем больше читателей подписано на обновления тем больше я понимаю что  делаю что-то важное и полезное и это чертовски мотивирует на новые статьи и материалы.

Кстати друзья, у меня возникла одна классная идея и мне очень важно слышать ваше мнение. Я подумываю выпустить обучающий материал   по операционным усилителям, этот материал будет в виде обычной pdf книжки или видеокурса, еще не решил. Мне кажется что несмотря на большое обилие информации в интернете и в литературе все=таки не хватает наглядной практической информации, такой, которую сможет понять каждый.

Так вот, напишите пожалуйста в комментариях какую информацию вы хотели бы видеть в этом обучающем материале чтобы я мог выдавать не просто полезную информацию а информацию которая действительно востребована.

А на этом у меня все, поэтому я желаю вам удачи, успехов и прекрасного настроения, даже не смотря на то что за окном зима!

С н/п Владимир Васильев.

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

ГОСТ 2.759-82* «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы аналоговой техники»

На главную | База 1 | База 2 | База 3

Поиск по реквизитамПоиск по номеру документаПоиск по названию документаПоиск по тексту документа

Искать все виды документовДокументы неопределённого видаISOАвиационные правилаАльбомАпелляционное определениеАТКАТК-РЭАТПЭАТРВИВМРВМУВНВНиРВНКРВНМДВНПВНПБВНТМ/МЧМ СССРВНТПВНТП/МПСВНЭВОМВПНРМВППБВРДВРДСВременное положениеВременное руководствоВременные методические рекомендацииВременные нормативыВременные рекомендацииВременные указанияВременный порядокВрТЕРВрТЕРрВрТЭСНВрТЭСНрВСНВСН АСВСН ВКВСН-АПКВСПВСТПВТУВТУ МММПВТУ НКММПВУП СНЭВУППВУТПВыпускГКИНПГКИНП (ОНТА)ГНГОСТГОСТ CEN/TRГОСТ CISPRГОСТ ENГОСТ EN ISOГОСТ EN/TSГОСТ IECГОСТ IEC/PASГОСТ IEC/TRГОСТ IEC/TSГОСТ ISOГОСТ ISO GuideГОСТ ISO/DISГОСТ ISO/HL7ГОСТ ISO/IECГОСТ ISO/IEC GuideГОСТ ISO/TRГОСТ ISO/TSГОСТ OIML RГОСТ ЕНГОСТ ИСОГОСТ ИСО/МЭКГОСТ ИСО/ТОГОСТ ИСО/ТСГОСТ МЭКГОСТ РГОСТ Р ЕНГОСТ Р ЕН ИСОГОСТ Р ИСОГОСТ Р ИСО/HL7ГОСТ Р ИСО/АСТМГОСТ Р ИСО/МЭКГОСТ Р ИСО/МЭК МФСГОСТ Р ИСО/МЭК ТОГОСТ Р ИСО/ТОГОСТ Р ИСО/ТСГОСТ Р ИСО/ТУГОСТ Р МЭКГОСТ Р МЭК/ТОГОСТ Р МЭК/ТСГОСТ ЭД1ГСНГСНрГСССДГЭСНГЭСНмГЭСНмрГЭСНмтГЭСНпГЭСНПиТЕРГЭСНПиТЕРрГЭСНрГЭСНсДИДиОРДирективное письмоДоговорДополнение к ВСНДополнение к РНиПДСЕКЕНВиРЕНВиР-ПЕНиРЕСДЗемЕТКСЖНМЗаключениеЗаконЗаконопроектЗональный типовой проектИИБТВИДИКИМИНИнструктивное письмоИнструкцияИнструкция НСАМИнформационно-методическое письмоИнформационно-технический сборникИнформационное письмоИнформацияИОТИРИСОИСО/TRИТНИТОсИТПИТСИЭСНИЭСНиЕР Республика КарелияККарта трудового процессаКарта-нарядКаталогКаталог-справочникККТКОКодексКОТКПОКСИКТКТПММ-МВИМВИМВНМВРМГСНМДМДКМДСМеждународные стандартыМетодикаМетодика НСАММетодические рекомендацииМетодические рекомендации к СПМетодические указанияМетодический документМетодическое пособиеМетодическое руководствоМИМИ БГЕИМИ УЯВИМИГКМММНМОДНМонтажные чертежиМос МУМосМРМосСанПинМППБМРМРДСМРОМРРМРТУМСанПиНМСНМСПМТМУМУ ОТ РММУКМЭКННАС ГАНБ ЖТНВННГЭАНДНДПНиТУНКНормыНормы времениНПНПБНПРМНРНРБНСПНТПНТП АПКНТП ЭППНТПДНТПСНТСНЦКРНЦСОДМОДНОЕРЖОЕРЖкрОЕРЖмОЕРЖмрОЕРЖпОЕРЖрОКОМТРМОНОНДОНКОНТПОПВОПКП АЭСОПНРМСОРДОСГиСППиНОСНОСН-АПКОСПОССПЖОССЦЖОСТОСТ 1ОСТ 2ОСТ 34ОСТ 4ОСТ 5ОСТ ВКСОСТ КЗ СНКОСТ НКЗагОСТ НКЛесОСТ НКМОСТ НКММПОСТ НКППОСТ НКПП и НКВТОСТ НКСМОСТ НКТПОСТ5ОСТНОСЭМЖОТРОТТПП ССФЖТПБПБПРВПБЭ НППБЯПВ НППВКМПВСРПГВУПереченьПиН АЭПисьмоПМГПНАЭПНД ФПНД Ф СБПНД Ф ТПНСТПОПоложениеПорядокПособиеПособие в развитие СНиППособие к ВНТППособие к ВСНПособие к МГСНПособие к МРПособие к РДПособие к РТМПособие к СНПособие к СНиППособие к СППособие к СТОПособие по применению СППостановлениеПОТ РПОЭСНрППБППБ-АСППБ-СППБВППБОППРПРПР РСКПР СМНПравилаПрактическое пособие к СППРБ АСПрейскурантПриказПротоколПСРр Калининградской областиПТБПТЭПУГПУЭПЦСНПЭУРР ГазпромР НОПРИЗР НОСТРОЙР НОСТРОЙ/НОПР РСКР СМНР-НП СРО ССКРазъяснениеРаспоряжениеРАФРБРГРДРД БГЕИРД БТРД ГМРД НИИКраностроенияРД РОСЭКРД РСКРД РТМРД СМАРД СМНРД ЭОРД-АПКРДИРДМРДМУРДПРДСРДТПРегламентРекомендацииРекомендацияРешениеРешение коллегииРКРМРМГРМДРМКРНДРНиПРПРРТОП ТЭРС ГАРСНРСТ РСФСРРСТ РСФСР ЭД1РТРТМРТПРУРуководствоРУЭСТОП ГАРЭГА РФРЭСНрСАСанитарные нормыСанитарные правилаСанПиНСборникСборник НТД к СНиПСборники ПВРСборники РСН МОСборники РСН ПНРСборники РСН ССРСборники ценСБЦПСДАСДАЭСДОССерияСЗКСНСН-РФСНиПСНиРСНККСНОРСНПСОСоглашениеСПСП АССП АЭССправочникСправочное пособие к ВСНСправочное пособие к СНиПСправочное пособие к СПСправочное пособие к ТЕРСправочное пособие к ТЕРрСРПССНССЦСТ ССФЖТСТ СЭВСТ ЦКБАСТ-НП СРОСТАСТКСТМСТНСТН ЦЭСТОСТО 030 НОСТРОЙСТО АСЧМСТО БДПСТО ВНИИСТСТО ГазпромСТО Газпром РДСТО ГГИСТО ГУ ГГИСТО ДД ХМАОСТО ДОКТОР БЕТОНСТО МАДИСТО МВИСТО МИСТО НААГСТО НАКССТО НКССТО НОПСТО НОСТРОЙСТО НОСТРОЙ/НОПСТО РЖДСТО РосГеоСТО РОСТЕХЭКСПЕРТИЗАСТО САСТО СМКСТО ФЦССТО ЦКТИСТО-ГК «Трансстрой»СТО-НСОПБСТПСТП ВНИИГСТП НИИЭССтП РМПСУПСССУРСУСНСЦНПРТВТЕТелеграммаТелетайпограммаТематическая подборкаТЕРТЕР Алтайский крайТЕР Белгородская областьТЕР Калининградской областиТЕР Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕР Краснодарского краяТЕР Мурманская областьТЕР Новосибирской областиТЕР Орловской областиТЕР Республика ДагестанТЕР Республика КарелияТЕР Ростовской областиТЕР Самарской областиТЕР Смоленской обл.ТЕР Ямало-Ненецкий автономный округТЕР Ярославской областиТЕРмТЕРм Алтайский крайТЕРм Белгородская областьТЕРм Воронежской областиТЕРм Калининградской областиТЕРм Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРм Мурманская областьТЕРм Республика ДагестанТЕРм Республика КарелияТЕРм Ямало-Ненецкий автономный округТЕРмрТЕРмр Алтайский крайТЕРмр Белгородская областьТЕРмр Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРмр Краснодарского краяТЕРмр Республика ДагестанТЕРмр Республика КарелияТЕРмр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРпТЕРп Алтайский крайТЕРп Белгородская областьТЕРп Калининградской областиТЕРп Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРп Краснодарского краяТЕРп Республика КарелияТЕРп Ямало-Ненецкий автономный округТЕРп Ярославской областиТЕРрТЕРр Алтайский крайТЕРр Белгородская областьТЕРр Калининградской областиТЕРр Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕРр Краснодарского краяТЕРр Новосибирской областиТЕРр Омской областиТЕРр Орловской областиТЕРр Республика ДагестанТЕРр Республика КарелияТЕРр Ростовской областиТЕРр Рязанской областиТЕРр Самарской областиТЕРр Смоленской областиТЕРр Удмуртской РеспубликиТЕРр Ульяновской областиТЕРр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРррТЕРрр Ямало-Ненецкий автономный округТЕРс Ямало-Ненецкий автономный округТЕРтр Ямало-Ненецкий автономный округТехнический каталогТехнический регламентТехнический регламент Таможенного союзаТехнический циркулярТехнологическая инструкцияТехнологическая картаТехнологические картыТехнологический регламентТИТИ РТИ РОТиповая инструкцияТиповая технологическая инструкцияТиповое положениеТиповой проектТиповые конструкцииТиповые материалы для проектированияТиповые проектные решенияТКТКБЯТМД Санкт-ПетербургТНПБТОИТОИ-РДТПТПРТРТР АВОКТР ЕАЭСТР ТСТРДТСНТСН МУТСН ПМСТСН РКТСН ЭКТСН ЭОТСНэ и ТЕРэТССЦТССЦ Алтайский крайТССЦ Белгородская областьТССЦ Воронежской областиТССЦ Карачаево-Черкесская РеспубликаТССЦ Ямало-Ненецкий автономный округТССЦпгТССЦпг Белгородская областьТСЦТСЦ Белгородская областьТСЦ Краснодарского краяТСЦ Орловской областиТСЦ Республика ДагестанТСЦ Республика КарелияТСЦ Ростовской областиТСЦ Ульяновской областиТСЦмТСЦО Ямало-Ненецкий автономный округТСЦп Калининградской областиТСЦПГ Ямало-Ненецкий автономный округТСЦэ Калининградской областиТСЭМТСЭМ Алтайский крайТСЭМ Белгородская областьТСЭМ Карачаево-Черкесская РеспубликаТСЭМ Ямало-Ненецкий автономный округТТТТКТТПТУТУ-газТУКТЭСНиЕР Воронежской областиТЭСНиЕРм Воронежской областиТЭСНиЕРрТЭСНиТЕРэУУ-СТУказУказаниеУказанияУКНУНУОУРврУРкрУРррУРСНУСНУТП БГЕИФАПФедеральный законФедеральный стандарт оценкиФЕРФЕРмФЕРмрФЕРпФЕРрФормаФорма ИГАСНФРФСНФССЦФССЦпгФСЭМФТС ЖТЦВЦенникЦИРВЦиркулярЦПИШифрЭксплуатационный циркулярЭРД

Показать все найденныеПоказать действующиеПоказать частично действующиеПоказать не действующиеПоказать проектыПоказать документы с неизвестным статусом

Упорядочить по номеру документаУпорядочить по дате введения

Основы электроники и микроэлектроники

Министерство образования Республики Беларусь УО «Брестский государственный политехнический колледж»

Раздел 4. Основы электронной схемотехники

Тема 4.8. Операционные усилители

г. Брест

4.8. Операционные усилители

4.8.1 Назначение, структура, условные обозначения операционных усилителей

Операционным усилителем (ОУ) называют высококачественный линейный усилитель напряжения, имеющий большой коэффициент усиления (больше10000), высокое входное (сотни МОм) и малое выходное (единицы Ом) сопротивления.

Независимо от сложности принципиаль­ной схемы почти все ОУ имеют структурную схему, показанную на рисунке 4.81. Операционные усилители, построенные построенные по такой структурной схеме, имеют два входа и один выход. По отношению к выходу один из входов является инвертирующим, другой –– неинвертирующим. Наличие в УО У инвертирующего и неинвертирующего входов значительно облегчает введение в него различных ОС и с их помощью реализацию различных функций.

Отклонения от данной структурной схемы носят непринципиальный характер. Например, могут быть три каскада усиления напряжения, схема защиты выхода от короткого замыкания и схема защиты входного каскада от перенапряжений.

Рисунок 4.81 – Структурная схема ОУ

Каскады усиления служат для обеспечения задан­ного коэффициента усиления. Каскад сдвига уровня напряжения предназначен для исключения постоянной составляющей напряжения, ко­торая возникает в ОУ при непосредственной связи между каскадами. Благодаря этому каскаду на выходе ОУ уста­навливается нулевое напряжение при отсутствии сигналов на его входах.

Выходной (оконечный) каскад служит для получения малого выходного сопротивления ОУ в целях лучшего согласования ОУ с нагрузкой. Он выполняется по однотактной, а чаще всего по двухтактной схеме. В некото­рых ОУ в выходных каскадах предусмотрена схема за­щиты от перегрузок, с помощью которой ограничивается максимальный ток транзисторов выходного каскада.

Питание ОУ, как правило, осуществляется от разнополярных источ­ников, благодаря чему облегчается задача компенсации смещения нуля на выходе ОУ при отсутствии входных сигналов и исключается постоянная составляющая тока и напряжения в нагрузке. При таком питании входные и выходные сигналы могут быть двуполярными,. Для большинства современных ОУ напряжение питания можно изменять в широких пре­делах: от ±3 до ±15. В (важно лишь, чтобы по абсо­лютному значению напряжения «положительного» и «от­рицательного» источников оставались одинаковыми).

Для обеспечения устойчивости в операционных усили­телях широко используются частотно-зависимые обратные связи (цепи коррекции).

Хорошие шумовые свойства ОУ обеспечиваются спе­циальными технологическими операциями при производ­стве транзисторов с минимальной площадью контакта р-n-переходов с поверхностью, уменьшением абсолют­ных размеров транзисторов, высококачественной изоля­цией и использованием во входных каскадах полевых транзисторов.

Большинство интегральных ОУ изготавливают по полупроводниковой технологии (серии К140, К153, К740, К744, 287).

Успехи интегральной технологии позволили выполнять ОУ с заданными техническими параметрами в одном корпусе. Это дает возможность рассматривать его как самостоятельный компонент с определенными параметрами.

Условные обозначения ОУ приведены на рисунок 4.82, а, б. Показанный усилитель имеет один выходной вывод (показывается справа) и два входных (изображаются с левой стороны). Знак ∆ характеризует усиление. Вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 180° относительно выходного напряжения, называется инвертирующим и обозначается знаком инверсии «О» , а вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным напряжением,— неинвертирующим. Вывод, общий для обоих входов и выхода, часто не показывается. Это общая информационная шина. Для облегчения понимания назначения выводов и повышения информативности допускается введение одного или двух дополнительных полей с обеих сторон от основного поля, в которых указываются метки,характеризующие функции вывода (рисунок 4.82 ,б).

Рисунок 4.82 — Условные обозначения ОУ:

а — без дополнительного поля; б—с дополнительными полями, NC- выводы балансировки, FC—выводы частотной коррекции, U—выводы напряжения питания, х — вывод ненесущей логической информации; OV— общий инонный вывод; —корпус.

На рисунке 4.83, а показано условное графическое обозначение ОУ при наличии вывода, общего для обоих входов и выхода

Рисунок 4.83 — Условное графическое обозначение ОУ при наличии вывода, общего для обоих входов и выхода (а) и передаточные(амплитудные) характе-ристики ОУ(б)

Характерной особенностью ОУ является то, что входные сигналы подаются относительно одной общей шины, относительно которой снимается выходной сигнал. При нулевых входных напряжениях выходной сигнал равен нулю. Благодаря этому свойству источники входного сигнала и нагрузку можно непосредственно подключать к выводам ОУ, не заботясь о разделении переменной и постоянной составляющих и не рискуя изменить статические режимы работы усилительных каскадов.