Управляемый источник питания расширяет диапазон выходных напряжений усилителя
Yakov Velikson
EDN
Для увеличения выходного напряжения микросхемы операционного усилителя обычно требуется добавление высоковольтных внешних транзисторов. Затем получившаяся схема нуждается в коррекции для сохранения ее рабочих характеристик. Такая коррекция сложна, особенно для прецизионных операционных усилителей. В этой статье представлена альтернатива: использование управляемого источника питания для самого операционного усилителя, способного увеличить выходное напряжение многих точных операционных усилителей без влияния на их технические характеристики. Решить эту задачу можно, подключив к источнику питания усилителя управляемые транзисторы. Транзисторами управляют резистивные делители, подключенные между выходами усилителей и высоковольтными шинами питания этих транзисторов [1]. Простые схемы на Рисунке 1 иллюстрируют общие способы включения усилителя инвертором или повторителем, используемые для увеличения выходного напряжения.
![]() | ||
Рисунок 1. | Эти простые схемы иллюстрируют общие способы включения усилителя инвертором или повторителем, используемые для увеличения выходного напряжения. |
Резисторы делителя R1, R2, R3 и R4 определяют масштаб напряжений V'PS и –V'PS источника питания усилителей. Если диапазон выходных напряжений составляет ±22 В, сопротивления резисторов R1 = R2 = R3 = R4 = R, а напряжения VPS и –VPS равны 28 В, тогда напряжения V'PS и –V'PS попадают в следующие диапазоны, допускающие любые дополнительные потери:
и
или
и
Однако схемы источников питания содержат транзисторы, сопротивления переходов которых влияют на работу усилителей.
Для снижения потерь и улучшения качества выходного напряжения основного усилителя можно использовать вспомогательные усилители. Требования к вспомогательным усилителям просты. Они должны питаться от симметричного двуполярного источника с напряжением более низким, чем у основного источника питания. Эти усилители должны поставлять необходимую мощность основному усилителю, а их частотный диапазон должен немного превышать диапазон основного усилителя. Чтобы исключить переходные сопротивления транзисторов, подключающих источники питания, можно использовать вспомогательные усилители. Такие схемы обеспечивают гибкость при самых разных конфигурациях усилителей [2 и 3].
![]() | ||
Рисунок 2. | Замена транзисторов операционными усилителями снижает потери и улучшает качество выходного напряжения основного усилителя. |
На Рисунке 2 показан пример включения вспомогательных усилителей повторителями. Выходные напряжения V'PS и –V'PS определяются из сопротивлений подключенных резисторов по следующим формулам:
и
Если напряжения источников питания вспомогательного усилителя IC2 равны 28 В для VPS1 и –2 В для –VPS2, тогда для усилителя IC3 –VPS1 = –28 В и VPS2 = 2 В, и выходное напряжение VOUT усилителя IC1 равно 24 В или –24 В. Кроме того, R6 = R7 = R8 = R9 = R, так что
Далее,
для VOUTMAX = 24 В.
и
для VOUTMIN = –24 В.
Наибольший диапазон напряжений можно получить, используя отдельные источники питания, – один для нормальных напряжений усилителя и один для регулируемой части выходного напряжения (Рисунок 3).
![]() | ||
Рисунок 3. | Наибольший диапазон напряжений можно получить, используя отдельные источники питания, – один для нормальных напряжений усилителя и один для регулируемой части выходного напряжения. |
IC1 – это основной усилитель. Вспомогательные усилители IC2 и IC3 питаются несимметричными напряжениями. В этой схеме можно применять усилители многих типов, но предпочтительны современные операционные усилители, поскольку они позволяют использовать полный диапазон напряжений источника питания и имеют rail-to-rail входы и выходы. В схеме на Рисунке 3 VPS1 = 28 В, –VPS1 = 28 В, VPS2 = 2 В и –VPS2 = 2 В.
Напряжения основного усилителя равны
Далее,
Пусть R6 = R10 = R11 = R15 = R, R7 = R8 = R12 = R13 = 2R, и R9 = R14 = 3R, так что
и
Затем подставляем эти значения в формулы для напряжений усилителя:
и
Минимальное и максимальное значения для каждого источника питания составляют 1.5 В ⩽ V ⩽ 28.5 В и –1.5 В ⩾ –V ⩾ –28.5 В. Полное напряжение источника питания ограничено пределом 30 В и может изменяться в диапазонах от 1.5 до 28.5 В и от –1.5 до –28.5 В. Эти диапазоны позволяют увеличить выходное напряжение основного усилителя на ±27 В.
ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020
Добавить свое объявление
* заполните обязательные данные
Статистика eFaster: