Свинтенок В. А. Микросхемы с полевыми
транзисторами на входе
Напомню что отображено в таблицах.
Во второй строке «Ку» в скобках указаны номиналы
резисторов цепи обратной связи.
В строке таблицы «Rн»
указаны эквивалентное сопротивления нагрузки с учетом (где это нужно) резистора
в цепи обратной связи усилителя.
В следующей строке «Спектр(db)»
приведены значение третьей гармоники относительно второй, принятой за 0
db и значение одной из высших гармоник (с 4 по 9
гармоники и имеющее максимальное значение), относительно второй или третьей (что
больше).
Строка «Характер спектра» качественно характеризует вид и
степень затухания спектрального состава искажений. При разнице между
максимальным значением 2 (или 3) гармоникой и максимальным значением одной из
высших гармоник меньше 15 db и при длинном и слабо
затухающем спектре - спектр искажений характеризуется как «жесткий». В пределах
15 db - 30 db и количестве
регистрируемых гармоник в спектре до семи – «средний». И при разнице более 30
db и количества регистрируемых гармоник в спектре до
семи – «мягкий». Значения, взятые в скобки (например - (Средн.)) указывает на то,
что одно из условий не выполняется.
В строке «Uвых гран»
дается выходное напряжение (ориентировочное), начиная с которого начинается
резкий рост высших гармоник.
И в последней строке: Кгп – коэффициент гармоник,
полученный при измерении «прямым» методом и Кгк – «косвенным».
Начнем эту часть с хорошо известной многим микросхемы
AD825.
AD825
Ранее эту микросхему часто предлагали для замены в различных
устройствах. Вот ее нелинейные характеристики.
Епв |
15 |
Ку |
-1(5к/5к) |
+1 |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
5в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-6
-31 |
0
-1,5
-15 |
0
3
-19 |
0
1,5
-5,5 |
0
-16
-43 |
0
-3,5
-18 |
0
-7,5
-30 |
-7,5
-16 |
Характер спектра |
Мягкий |
Средний |
(Средн.) |
Жесткий |
Мягкий |
Средний |
(Мягкий) |
Жесткий |
Uвых гран.
|
7 |
5 |
7 |
5 |
7 |
6 |
7 |
6 |
КгП%
КгК% |
0,0002
|
0,00056
|
0,0008
|
0,00091
|
0,00043
0,00028 |
0,00029
0,00023 |
0,0012
0,00092 |
0,001
0,00085 |
Выводы:
1. Микросхема не очень хорошо «держит» большие напряжения: как
дифференциальные, так и синфазные. В инвертирующем так и в неинвертирующем
включении при напряжении Uвых меньше 2в и
Rн =1ком спектр состоит из четырех
гармоник. При увеличении Rн до 2,5ком –
5ком в спектре остаются две гармоники. При напряжении Uвых
= 5в и Rн = 1ком спектр становится длинным.
2. При уменьшении сопротивления нагрузки до 0,5ком в неинвертирующем
включении Кг несколько уменьшается, а спектр становится более
жестким. При напряжении Uвых = 5в спектр
становится длинным и медленно затухающим.
3. Кг и характер спектра зависят от Rн
.
4. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при
выходном напряжении Uвых ≤ 2в при
Rн более 0,6ком.
OPA2134
Эта микросхема все еще часто мелькает на форумах. Нагрузочная способность этой
микросхемы невысокая, в связи с чем, данные теста приведены при нагрузке 1ком и
2,5ком.
Епв |
15 |
Ку |
-1(5к/5к) |
+1 |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
5в |
Rн |
0,94к |
2,5к |
0,94к |
2,5к |
0,94к |
2,5к |
0,94к |
2,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-4
-15 |
0
-9
-29 |
0
-3
-10 |
0
-4
-16 |
0
-6
-19 |
0
-17
-36 |
0
-10
-17 |
0
-14
-26 |
Характер спектра |
Средний |
Мягкий |
Жесткий |
Средний |
Средний |
Мягкий |
(Средн) |
Средний |
Uвых гран.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КгП%
КгК% |
0,00083
|
0,00013
|
0,0013
|
0,00025
|
0,0006
0,00044 |
0,00048
0,0001 |
0,0016
0,00077 |
0,0012
0,00026 |
Выводы:
1. В инвертирующем так и в неинвертирующем включении при Rн
= 1ком и напряжении Uвых меньше 2в спектр
можно охарактеризовать как «средний». При Rн
= 0,5ком спектр «жесткий» и длинный.
2. Кг и характера спектра зависят от Rн.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при
выходном напряжении Uвых менее 5в и при
Rн 2ком и более.
THS4601
Коэффициент гармоник у этой микросхемы при нагрузке 500ом достаточно велик, в
связи с чем, данные теста приведены при нагрузке 1ком и 2,5ком.
Епв |
15 |
Ку |
-1(5к/5к) |
+1 |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
5в |
Rн |
0,94к |
2,5к |
0,94к |
2,5к |
0,94к |
2,5к |
0,94к |
2,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-18
-34 |
0
-14
-29 |
0
-22
-25 |
0
-12
-18 |
0
-29
-37 |
0
-16
-30 |
0
-23
-28 |
0
-13
-20 |
Характер спектра |
Мягкий |
Мягкий |
Средний |
(Средний) |
Мягкий |
Мягкий |
Средний |
Средний |
Uвых гран.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КгП%
КгК% |
0,00029
|
0,00019
|
0,0005
|
0,00019
|
0,00073
0,00018 |
0,00058
0,000092 |
0,00079
0,00031 |
0,00053
0,00012 |
Выводы:
1. В инвертирующем так и в неинвертирующем включении при Rн
= 1ком и напряжении Uвых меньше 2в спектр
можно охарактеризовать как «средний». При Rн
= 0,5ком спектр «жесткий» и длинный.
2. Кг и характера спектра зависят от Rн.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при
выходном напряжении Uвых менее 5в и при
Rн = 1ком и более.
TXS4631
Хочу обратить Ваше внимание на эту микросхему - она редкий гость на форумах.
Микросхема имеет прекрасные скоростные характеристики (900 V/µs (G = 2) и 325
MHz in Unity Gain) и позиционируется производителем и как преобразователь ток в
напряжение, в связи с чем, она и тестировалась при низком выходном напряжении.
Снять ее нелинейные характеристики в «прямом» методе (в неинвертирующем
включении) не удалось, видимо работала на грани возбуждения (искажение на уровне
сотых).
Епв |
15 |
Ку |
-1(1,5к/1,5к) |
+1(10/1к) |
Uвых(ср.кв.) |
1в |
2в |
1в |
2в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-19
-33 |
0
-29
-25 |
0
-12
-40 |
0
-17
-28 |
0
-13
-17 |
0
-17
-16 |
0
-12
-27 |
0
-14
-25 |
Характер спектра |
Мягкий |
Средний |
Мягкий |
Средний |
(Средн) |
(Средн) |
Средний |
Средний |
Uвых гран.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КгП%
КгК% |
0,00008
|
0,00007
|
0,00015
|
0,00014
|
2,7*10-5 |
3,4*10-5 |
6*10-5 |
6,6*10-5 |
Выводы:
1. Микросхема в неинвертирующем включении имеет более жесткий спектр. Высшие
гармоники, с уменьшением выходного напряжения, падают с меньшей скоростью, по
отношению к низшим гармоникам.
2. Зависимость Кг и характера спектра от Rн
слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при
выходном напряжении Uвых ≤ 2в и при
Rн до 0,5ком.
4. Микросхема очень хорошо подходит в качестве высокоскоростных
преобразователей ток-напряжение.
AD8065/66/67
Абсолютные рекордсмены по коэффициенту гармоник.
Добрались и до лидеров. В «тепличных» условиях эти микросхемы перешагнули рубеж
10-5 %. Микросхемы достаточно скоростные, а скоростные характеристики
для AD8067 еще лучше. Однако они имеют и свою
специфику в неинвертирующем включении - при синфазном напряжении более 2,5 – 3
вольт спектр искажений резко изменяется и становится очень «жестким». Исходя из
анализа тестов, можно предположить, что это вызвано специфической реакцией
входного каскада на синфазное напряжение (это явление не наблюдается в
инвертирующем включении, а в неинвертирующем включении Кг практически
не зависит от нагрузки). Микросхемы этой серии имеют «двойной» входной каскад и
схему управления переключением этими каскадами. Возможно, эти искажения вызваны
этими введениями. То, что искажения возникают на входе микросхемы, косвенно
подтверждает и следующий тест. Микросхема AD8066 была
включена по схеме усилителя с Ку = +11. В этом случае входной
(синфазный) сигнал на входе микросхемы не превышает одного вольта, при этом
резкого ухудшения спектра на выходе не наблюдается вплоть до восьми вольт. Этой
проблемы нет и у AD8067, т.к. минимальный коэффициент
усиления у нее десять.
AD8066
Епв |
15 |
Ку |
-1(5к/5к) |
+1 |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
4в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-30
-23 |
0
-28
-16 |
0
-29
-17 |
0
-16
-11 |
0
-14
-23 |
0
-21
-17 |
0
-6
-6 |
0
-7
-7 |
Характер спектра |
Средний |
Средний |
(Средн.) |
Жесткий |
Средний |
Средний |
Жесткий |
Жесткий |
Uвых гран.
|
8 |
6,5 |
8 |
6,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
КгП%
КгК% |
2,7*10-5
|
7,6*10-5
|
4,5*10-5
|
9,2*10-5
|
1,25*10-5
1,1*10-5 |
4*10-5
2,9*10-5 |
0,0002
0,00019 |
0,00021
0,00018 |
Выводы:
1. Микросхема плохо работает в неинвертирующем включении при синфазном
напряжении на входе более 2,5 вольт, спектр гармоник становится жесткий,
длинный и медленно затухает. Проверял на двух микросхемах – повторяемость
хорошая.
2. В инвертирующем включении преобладает вторая гармоника (четный спектр).
Зависимость Кг и характера спектра зависит от Rн.
3. В режиме с коротким спектром микросхему лучше использовать в инвертирующем
включении при Rн более 1 ком и выходном
напряжении менее пяти вольт, а при неинвертирующем включении – при выходном
напряжении менее 2,5 вольт. Минимальные искажения получаются при нагрузке от
2ком и более (Кг уменьшается примерно в два раза). При нагрузке
2,5ком и напряжении менее 2в в Кг меньше 10-5
4. Микросхема хорошо подходит в качестве масштабирующих усилителей, активных
фильтров, преобразователей ток-напряжение.
AD8067
Коэффициент усиления 10.
Епв |
15 |
Ку |
-10(0,5к/5к) |
+11(0,5к/5к) |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
5в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-13
-13 |
0
-17
-10 |
0
-6
-3 |
0
-4
-0 |
0
-21
-21 |
0
-21
-17 |
0
-15
-13 |
0
-11
-9 |
Характер спектра |
(Средн.) |
(Средн.) |
Жесткий |
Жесткий |
Средний |
Средний |
Жесткий |
Жесткий |
Uвых гран. |
8 |
6,5 |
8 |
6,5 |
8 |
6,5 |
8 |
6,5 |
КгП%
КгК% |
3,2*10-5
|
7,5*10-5
|
4,8*10-5
|
9,7*10-5
|
9,8*10-5
5,4*10-5 |
0,00028
0,00016 |
0,00016
8,8*10-5 |
0,00039
0,00019 |
Выводы:
1. Зависимость Кг и характера спектра зависит от
Rн и сопротивлений обратной связи. С увеличением
Rн и уменьшением Rос
коэффициент гармоник уменьшается. Для получения минимальных искажений лучше
использовать режимы с Rн = 1ком и более,
Rос = 1,5к/15к и менее при выходном
напряжении менее 5в и выравнивать резисторы, стоящие в цепи инвертирующего и
неинвертирующего входа.
2. В режиме с коротким спектром микросхему лучше использовать в обоих
включениях при Rн более 1 ком и выходном
напряжении менее 5 вольт. Минимальные искажения получаются при нагрузке более
2ком (Кг уменьшается более чем в два раза).
3. Микросхема хорошо подходит для работы в качестве масштабирующих усилителей,
фон - корректоров.
Коэффициент усиления 1.
Этот режим искусственный – в инвертирующем включении использовалась
дополнительная коррекция по входу (С = 150пф, R =
150ом), а в неинвертирующем – «косвенный» метод. В таком режиме микросхему вряд
ли кто будет использовать. Хотелось посмотреть ее предельную возможность.
Епв |
15 |
Ку |
-1(1,5к/1,5к)150ом_150пф
|
+1(10/1к) |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
2в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,5к |
0,94к |
2,5к |
5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-15
-16 |
0
-20
-13 |
0
-1,5
2 |
0
-6
-2 |
0
-24
-15 |
0
-15
-20 |
0
-17
-14 |
0
-14
-15 |
Характер спектра |
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых гран.
|
8 |
6,5 |
8 |
6,5 |
6,5 |
8 |
8 |
8 |
КгП%
КгК% |
0,88*10-5
|
2,8*10-5
|
1,3*10-5
|
3*10-5
|
1,5*10-5 |
0,4*10-5 |
0,2*10-5 |
0,23*10-5 |
Выводы:
1. Для узкого применения микросхему можно использовать и в единичном усилении.
В последующих каскадах необходимо ограничить полосу частот, с целью снижения
усиленных шумов в мегагерцовом диапазоне.
2. Зависимость Кг и характера спектра зависит от
Rн и сопротивлений обратной связи. С увеличением
Rн и уменьшением Rос
коэффициент гармоник уменьшается.
3. В режиме с коротким спектром микросхему лучше использовать в обоих
включениях при Rн более 1 ком.
AD8620
Это прецизионный ОУ универсального применения, имеющий
небольшие гармонические искажения. Особенностью этой микросхемы являются ярко
выраженные четные гармоники (особенно вторая и четвертая) и более длинный и
медленно затухающий спектр.
Епв |
15 |
Ку |
-1(5к/5к) |
+1 |
Uвых(ср.кв.) |
2в |
5в |
2в |
5в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-30
-20 |
0
-26
-15 |
0
-15
-24 |
0
-20
-20 |
0
-34
-33 |
0
-30
-23 |
0
-21
-23 |
0
-16
-16 |
Характер спектра |
Средний |
Средний |
Средний |
(Средн.) |
Мягкий |
Средний |
Средний |
(Средн.) |
Uвых гран.
|
7 |
6 |
7 |
6 |
7 |
6 |
7 |
6 |
КгП%
КгК% |
0,0001
|
0.00024
|
0.00026
|
0.00039
|
0,00016
0,0002 |
0,00025
0,00027 |
0,00037
0,00016 |
0,00048
0,0002 |
Выводы:
1. Микросхема немного лучше работает в инвертирующем включении. Спектр
гармоник более длинный с преобладанием четных гармоник.
2. Зависимость Кг и характера спектра от Rн
слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему лучше использовать при выходном
напряжении Uвых ≤ 5в в обоих включениях и
при Rн от 1ком.
OPA656
Это быстродействующий ОУ с напряжением питания до +/- 6в, с
умеренными гармоническими искажениями. Особенностью этой микросхемы является
слабая зависимость Кг от сопротивления нагрузки. В связи с тем, что при
напряжении на выходе более 1,8в – 2в резко возрастают высшие гармоники,
измерения проводились при выходном напряжении 0,75 и 1,5 вольт. В «прямом»
методе измерить Кг не удалось из-за возбуждения.
Епв |
5 |
Ку |
-1(5к/5к) |
+1(10/1к) |
Uвых(ср.кв.) |
0,75в |
1,5в |
0,75в |
1,5в |
Rн |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
0,94к |
0,5к |
Спектр(db)
3 горм.
Высшая |
0
-11
-37 |
0
-11
-37 |
0
-5
-24 |
0
-6
-24 |
0
-11
-39 |
0
-12
-39 |
0
-6
-32 |
0
-6
-33 |
Характер спектра |
Мягкий |
Мягкий |
Средний |
Средний |
Мягкий |
Мягкий |
Мягкий |
Мягкий |
Uвых гран.
|
2 |
2 |
2 |
2 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
КгП%
КгК% |
0,0013
|
0.0014
|
0.0036
|
0.0038
|
0,00066 |
0,0008 |
0,0018 |
0,0017 |
Выводы:
1. Микросхема хорошо работает в обоих включениях. Спектр гармоник «мягкий» с
некоторым преобладанием четных гармоник.
2. Зависимость Кг и характера спектра от Rн
слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему лучше использовать при выходном
напряжении Uвых ≤ 1,5в в обоих включениях
и при Rн от 500ом.
4. При напряжении питания 6в, Кг уменьшается примерно в два раза, выходное
граничное напряжение возрастает до 2,3 – 2,5 вольт, а в спектре существенно
возрастает третья гармоника.
Отметим характерные особенности этой группы.
Лучшие микросхемы этой группы AD8065/66/67, которые
позволяют получить Кг в диапазоне 10-5 % - 10-6
%.
Спектр гармоник этой группы несколько «жестче» - более длинный и медленнее
затухающий и сильнее зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала при неинвертирующем включении.
Свинтенок В. А. <svaleks
@ rambler . ru>
|