|
Андрей Русак
Операционные усилители
Rail to Rail от STMicroelectronics
STMicroelectronics, являясь одним из лидеров в производстве аналоговых полупроводниковых компонентов, делает основной прицел в этой области на операционные усилители. Компания предлагает широкий спектр ОУ, включая полностью законченное семейство, называемое Rail to Rail. Разнообразие выпускаемых ОУ позволяет удовлетворить спрос в области различных разработок как индустриальной, так и бытовой техники, а также портативного микродизайна, как то, карманных MD-плейеров или мобильных телефонов.
Сегодня популярность Rail to Rail ОУ быстро растет, что обусловлено требованиями промышленности, вызванными ее стремлением в область низковольтных применений. Основные потребители в этом сегменте рынка — производители портативных устройств, питающихся от миниатюрных батарей или аккумуляторов. Причиной работы на низких напряжениях является все большее увеличение скоростей обработки сигналов и, как результат, необходимость снижения потребляемой мощности. (Вспомните, что увеличение скорости передачи цифровых данных требует большего энергопотребления.)
Почему именно Rail to Rail?
Так как во многих областях применения ОУ наблюдается тенденция снижения напряжения питания (3 В и ниже), стандартные операционные усилители уже не могут выдавать широкий размах выходного сигнала без искажения его динамических характеристик.
Полный выходной сигнал — от отрицательного уровня питания к положительному (from negative Rail to positive Rail) достигается с применением ОУ с «Rail to Rail» архитектурой (отсюда и название «Rail to Rail») которые могут быть рассмотрены как следующий шаг после однополярных ОУ.
На рис. 1–3 представлены графики, поясняющие отличие разных видов операционных усилителей.
 |
 |
Рис. 1. Семейство ОУ Rail to Rail |
Рис. 2. Однополярное питание TS321, LM324–LM2902, LM358–LM2904, TS27x–TS27Lx–TS27Mx |
Рис. 3. Стандартные ОУ JFET ОУ типа TL06x–TL07x–TL08x, большинство биполярных ОУ
Как выбрать Rail to Rail ОУ?
Как выбрать необходимую микросхему из целого семейства приборов? Опыт STMicroelectronics в области аналоговых разработок показывает, что ключевыми параметрами здесь являются GBP (Gain-Bandwidth Product — граничная частота) и Icc (ток потребления) (рис. 4).
Рис. 4
Несколько примеров
применения Rail to Rail
Видеоусилители: TSH70/1/2/3/4/5
Семейство TSH7x с быстродействующей обратной связью предлагает ОУ с GPB индексом равным 70 МГц, скоростью нарастания 130 В/мкс и квази-Rail to Rail выходом. Широкий диапазон напряжения питания от 3 до 12 В делает этот прибор простым в применении во многих разработках. Основное назначение микросхемы — работа в диапазоне частот видеосигнала. Прибор выдает на выходе 2 Vpp на 150-Омную нагрузку даже при напряжения питания 3,3 В.
Семейство также включает в себя версию TSH71/3/5 c функцией Standby. В режиме Standby выход прибора переключается в высокий импеданс, что, с одной стороны, позволяет снизить потери тока на 75-Омной нагрузке, и, что более важно, эта функция позволяет соединять параллельно выходы нескольких подобных источников видеосигнала. Последнее позволяет неограниченно комбинировать приборы друг с другом, и осуществлять их взаимное матрицирование.
Важным для высокопроизводительных разработок является высокая линейность прибора (дифференциальное усиление/фаза) и отношение сигнал/шум.
Малое число гармоник и интермодуляционных искажений, равно как и малая групповая задержка, позволяет применять прибор для большого числа устройств с широкой полосой частот.
Областями применения микросхем семейства TSH7x являются обработка видеосигнала, привязка уровня, усиление, эквалайзинг, кабельное буферирование.
«Долг» перед 3-вольтовыми системами —
TS921/2/4/5
TS92x — одинарный, сдвоенный и счетверенный ОУ — изготавливается по продвинутой биполярной технологии. Этот прибор разработан так, чтобы гарантировать особую линейность и низкое входное напряжение смещения, равно как и обеспечение выходного тока 80 мА при напряжении 2,7 В.
Благодаря большому запасу по фазе и высокому коэффициенту усиления TS92x Rail to Rail ОУ остается в стабильном состоянии даже при работе на высокую емкостную нагрузку на выходе. С 4 МГц GPB индексом, микровольтным входным напряжением смещения и низким напряжением шума на входе прибор может использоваться там, где требуется высокое усиление и точность.
В дополнение отметим, что TS925 имеет режим Standby и встроенную фантомную землю (Vcc/2) для простого и компактного дизайна.
Низкий уровень шумов, малый THD и высокий выходной ток делают семейство TS92x абсолютным кандидатом для аудиоразработок. TS92x может напрямую работать на
32-Омный наушник головного телефона даже при низком напряжении питания батареи.
Разработанный изначально для применения в мобильной телефонии, прибор становится все более популярным в мире портативных аудиоустройств.
Основные характеристики прибора:
выходной ток — 80 мА;
драйвер головных телефонов;
драйвер линии (модем);
драйвер катушки индуктивности для сенсоров;
4 МГц GPB индекс: распределение RF-сигналов;
управление усилителем мощности в мобильных телефонах;
малый шум (9 нВ/vГц) и искажения (портативные аудиоустройства, активные фильтры, измерительная техника);
Vio < 1 мВ (измерительная техника, сенсорика).
Заключение
Ускоряющийся рост отечественного производства требует конкурентоспособных изделий с малой ценой, короткими сроками поставки и малыми габаритами. ОУ
STMicroelectronics обладают всеми этими достоинствами. Задача конструктора — правильно выбрать необходимый тип операционного усилителя. Задача дистрибьюторов ST — поставить товар в срок. Сроки поставки основных ОУ STMicroelectronics составляет 6 недель.
Рис. 5. Оконечный видеоусилитель
Рис. 6. Усилитель головных телефонов
semicond@pit.spb.ru
|
