КОМПОНЕНТЫ Усилители с токовой обратной связью Николай Савенко (СанктПетербург) Автор рассматривает теоретические аспекты работы усилителей с токовой обратной связью, особенности этих усилителей и примеры их практического применения. В литературе по электронике час то используется термин «обратная связь» (ОС). Термины «усилитель с обратной связью по напряжению», «усилитель с токовой обратной связью» и «трансимпедансный усили тель» требуют некоторых пояснений, т.к. часто возникают разные толкова ния этих терминов. Иногда прихо дится наблюдать отступление от об щепринятой терминологии, а иногда терминология просто не устоялась. Поэтому прежде всего поговорим о том, что подразумевается под этими терминами в данной статье. Усилитель с ОС по напряжению (ОСН) — это усилитель, в котором при замкнутой петле ОС сигнал ОС представляет собой напряжение. Та кими являются обычные операцион ные усилители (ОУ) — они реагируют на входное напряжение и выдают со ответствующее напряжение на выхо де. Поэтому далее для их обозначе ния будем применять аббревиатуру ОУОСН. Усилитель с токовой обратной связью (ТОС) — это усилитель, в ко тором сигналом обратной связи яв ляется ток, а не напряжение, но уси литель генерирует на выходе сигнал напряжения (далее для их обозначе ния будем применять аббревиатуру ОУТОС). Обратите внимание, что эти два усилителя обладают различными VIN+ + VIN– – RG VO A(s) RF Усилитель с ОСН в неинвертирующем включении структурами, но при замкнутой пет ле ОС результат получается одина ковым: нулевое дифференциальное напряжение на входе и нулевой входной ток. Идеальный ОУОСН имеет высокоимпедансный вход с нулевым входным током, и в резуль тате действия ОС входное диффе ренциальное напряжение также равно нулю. Идеальный ОУТОС име ет низкоимпедансный вход (поэто му входное напряжение равно ну лю), однако ТОС полностью ком пенсирует входной ток. Поэтому со стороны входа импеданс схемы так же высок. Трансимпедансный усилитель — его коэффициент передачи выра жается как отношение выходного напряжения к входному току (VO/IIN), и поэтому имеет размерность сопро тивления и выражается в омах; та кой усилитель можно реализовать на базе обычного операционного усилителя (эта схема часто приме няется в фотодиодных усилителях). Поэтому применять термин «транс импедансный усилитель» нужно с осторожностью, понимая разницу между усилителем с ТОС с особой архитектурой и специальной схе мой на «обычном» ОУ с ОСН, которая работает как трансимпедансный усилитель. Прежде чем говорить об усилите лях с ТОС, взглянем на упрощённую модель усилителя ОУОСН (рис. 1). В Коэффициент передачи, дБ ВВЕДЕНИЕ A(s) LG NG fCL Рис. 1. Усилитель с ОС по напряжению 18 © СТАПРЕСС WWW.SOEL.RU LOG f неинвертирующей конфигурации ОУ усиливает дифференциальное напряжение (VIN+ — VIN) с коэффици ентом усиления A(s) (A(s) — коэффи циент усиления при разомкнутой це пи ОС); часть выходного сигнала, определяемая соотношением резис торов RF и RG, подаётся на вход. Если коэффициент усиления A(s) самого ОУ достаточно большой, то при под ключенной цепи отрицательной ОС напряжение на входах практически одинаково. Здесь: VO = (VIN+ – VIN)A(S). С учётом обратной связи: . Тогда коэффициент передачи равен: , где . Если резисторами RF и RG установ лен большой коэффициент усиле ния, то полоса частот будет мала. При спаде характеристики 20 дБ на декаду произведение коэффициента усиле ния на полосу пропускания (GBW) будет постоянным для данного уси лителя. Таким образом, повышение коэффициента усиления в 10 раз (на 20 дБ) приведёт к сужению полосы в 10 раз. Обратимся теперь к упрощённой модели ОУ с ТОС. Неинвертирующий вход усилителя представляет собой высокоимпедансный вход буфера с единичным коэффициентом усиле ния, а инвертирующий вход — это низкоимпедансный выход буфера. Ток ошибки Ierr может протекать че рез инверсный вход в любом направ лении; за счёт того, что коэффици ент усиления буфера равен единице, напряжение на обоих входах одина ково. Коэффициент передачи (будем на зывать его трансимпедансом) Z(s) имеет большое значение для посто янного тока; но с ростом частоты происходит снижение трансимпе данса со скоростью 20 дБ на декаду — точно так же, как спадает коэффици ент усиления рассмотренного выше усилителя ОУОСН. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2006 КОМПОНЕНТЫ Z(s) VIN+ + +1 , где VIN– – IERR . Решаем уравнение относительно Vo/VIN+: , где RPhRONG LG BODE PLOT RF LOG f Усилитель с ТОС в неинвертирующем включении fCL RF Рис. 2. Усилитель с токовой ОС . Передаточная функция усилителя с ТОС при замкнутой петле ОС выгля дит так же, как и в случае усилителя ОУОСН. Но обратите внимание: пет левое усиление (1/LG) в данном слу чае зависит только от резистора цепи ОС RF и импеданса Z(s), но не от (1 + RF/RG). Эти два параметра — RF и Z(s) — определяют, таким образом, и ширину полосы усиления при замк нутой петле ОС (см. график Боде на рис. 2). Очевидно, что для данного ти па усилителей коэффициент усиле ния слабо влияет на полосу пропус кания (GBW не является постоянной величиной), что представляет собой одно из достоинств усилителя с ТОС. На практике входной буфер не иде ален и обладает некоторым выход ным сопротивлением (обычно по рядка 20...40 Ом), что влияет на пара метры цепи ОС. Напряжение на двух входах уже не совсем одинаковое. С учётом сопротивления R0 получаем: , где RG RG VO Z(s) Коэффициент передачи (трансимпеданс), log(Ом) Передаточная функция усилителя с ТОС при замкнутой петле ОС вычис ляется по следующей формуле: . Дополнительная составляющая RO в сопротивлении цепи ОС на низких частотах сказывается незначительно, но с ростом частоты сигнала эта составляющая увеличивается, при этом петлевое усиление уменьшает ся, и таким образом ширина полосы частот уменьшается. Необходимо ясно представлять себе следующую ситуацию. Если замкнуть выход усилителя на инвертирующий вход и устранить резистор RG (как это делается в схеме повторителя на СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2006 обычном ОУ), то в цепи ОС усилителя с ТОС ток будет ограничен величиной тока короткого замыкания. Чем мень ше величина сопротивления RF, тем больший ток будет проходить через этот резистор. При RF = 0 характерис тики Z(s) и сопротивления ОС будут пересекаться в области полюсов высо кого порядка. Наличие этих полюсов приведёт к сдвигу фазы сигнала на 180°, и усилитель станет нестабиль ным. Поэтому в усилителе с единич ным коэффициентом усиления резис тор RF должен обязательно присут заряд или разряд конденсатора. Высо кая скорость нарастания выходного сигнала проявляется в малом време ни установления выходного сигнала, меньшем уровне нелинейных искаже ний и более широкой полосе усиления для большого сигнала. В реальном уси лителе с ТОС скорость нарастания вы ходного сигнала будет ограничена на сыщением токового зеркала, которое способно обеспечить ток в 10...15 мА, и ограниченным быстродействием входного и выходного буферов. ствовать в цепи ОС (рис. 3). Получить более широкую полосу усиления мож но за счёт снижения запаса устойчи вости усилителя (запаса фазы). Ито гом будет наличие максимума АЧХ на высокой частоте, что проявится в виде выбросов и колебательных процессов («звона») в выходном сигнале. В технических описаниях усилите лей с ТОС приводится список опти мальных значений сопротивления резистора RF для различных коэффи циентов усиления. Усилители с ТОС обладают высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Несмотря на то что уси лители с ОСН также могут обладать значительной скоростью нарастания выходного напряжения, усилители с ТОС потенциально более быстродей ствующие. Обычные усилители с ОСН, слегка нагруженные на выходе, обладают ограниченной скоростью нарастания выходного напряжения изза наличия внутренней компенси рующей ёмкости. Когда на вход усилителя с ОСН по ступает большой импульс, входной каскад переходит в состояние насы щения. В усилителе с ТОС через низко импедансный вход может протекать достаточно большой импульсный ток (рис. 4). Внутреннее токовое зеркало, передавая этот ток на компенсирую щий каскад, обеспечивает быстрый ТОЧНОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ УСИЛИТЕЛЯ С ТОС Точность коэффициента усиления усилителя по постоянному току опре WWW.SOEL.RU – VO ТОС VIN + RF – VO ТОС VIN + Рис. 3. Повторитель на базе усилителя с токовой ОС Q5 Q1 Q6 Q3 VIN+ Q2 VIN– Z(S) +1 VO Q4 Q7 Q8 Рис. 4. Схема, поясняющая устройство усилителя с токовой ОС © СТАПРЕСС 19 КОМПОНЕНТЫ R2 V2 R1 – VO + V1 R1 VO = R1/R2(V2 – V1) R2 Рис. 5. Схема дифференциального усилителя на базе ОУТОС деляется в основном соотношением сопротивлений резисторов в цепи ОС и коэффициентом передачи (тран симпеданса). При типичных значени ях трансимпеданса 1 МОм, RОС = 1 кОм и R0 = 40 Ом погрешность коэффици ента усиления при единичном усиле нии составит около 0,1%. Увеличение значений трансимпеданса приводит к снижению погрешности коэффи циента усиления. В тех случаях, когда требуется высокая точность коэффи циента усиления, усилители с ТОС ис пользуются редко. Однако во многих задачах время установления выходного сигнала яв ляется более важной характеристи кой, чем точность коэффициента уси ления. Несмотря на то, что усилители с ТОС обеспечивают очень высокую скорость нарастания выходного сиг нала, во многих описаниях микро схем усилителей с ТОС приведено время установления выходного сиг нала при точности сигнала только 0,1%, т.к. значительную погрешность привносят эффекты, связанные с из менением температуры транзисторов входного буфера. Эти изменения тем пературы связаны с изменениями входного сигнала. Они локальны и кратковременны и поэтому не успева ют компенсироваться за счёт темпе ратурной связи между транзистора ми. Эта погрешность снижается в том случае, если усилитель включен по инвертирующей схеме и синфазное напряжение на входе равно нулю. Условия, при которых это темпера турное влияние представляет проб лему, зависят от частоты и формы сигнала и от технологии изготовле ния усилителя. Например, в усилите лях с ТОС фирмы Analog Devices, из готовленных по комплементарной биполярной технологии, описанное выше явление незаметно при частоте сигнала выше нескольких килогерц. В системах коммуникации, где более 20 © СТАПРЕСС важную роль играет ширина полосы частот входного сигнала усилителя, эти температурные искажения не иг рают заметной роли. Но если вход ной сигнал изменяется ступенчато, как, например, при передаче видео изображений, эти искажения могут быть значительными в момент сту пенчатого изменения уровня напря жения. В таких случаях усилители с ТОС применять не следует, т.к. они не смогут обеспечить высокие характе ристики при переходном процессе. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ С ТОС Инвертирующий вход усилителя с ТОС, как говорилось выше, имеет низкий импеданс (после завершения переходных процессов). Благодаря этому, а также тому, что суммирую щая точка имеет потенциал «земли» даже до окончания времени установ ления сигнала в петле ОС, усилители с ТОС будут очень хорошо работать при инвертирующем включении, т.к. в суммирующей точке петли ОС вы бросы напряжения не возникают. На помним, что у обычных усилителей с ОСН при работе с высокоскоростны ми сигналами выбросы напряжения возникают. Также напомним, что в инвертирующей схеме усилитель с ТОС обеспечивает максимальную скорость нарастания выходного сиг нала и имеет минимальную составля ющую погрешности, возникающую изза температурных переходных процессов. Усилитель с ТОС можно включить по схеме преобразования тока в на пряжение, но с некоторыми оговорка ми: полоса частот усилителя зависит от величины сопротивления резисто ра ОС. Кроме того, токовый шум ин вертирующего входа может быть до вольно велик. При усилении малых сигналов увеличение сопротивления в цепи ОС увеличит соотношение сиг нал/шум резистора. Если увеличить сопротивление резистора ОС в два ра за, то коэффициент усиления сигнала повысится в два раза, но шум резисто ра увеличится только в 1,41 раз. К со жалению, влияние шума тока тоже увеличивается в два раза. Кроме того, полоса усиления сужается. В схеме фотодиодного усилителя высокий уровень шума тока может оказаться препятствием для применения усили телей с ТОС. Если уровень шума резис тора приемлем, то величина сопро WWW.SOEL.RU тивления резистора ОС выбирается в соответствии с требованиями к поло се частот. Для получения большого ко эффициента усиления рекомендуется использовать второй усилитель. Таким образом, шум тока в усилите лях с ТОС несколько более высок, чем в обычных ОУОСН. В усилителях с ТОС спектральная плотность шумово го тока может составлять 20...30 пА/√Гц. Однако спектральная плотность нап ряжения шума в усилителях с ТОС обычно меньше аналогичного пара метра усилителей с ОСН (обычно она меньше 2 нВ/√Гц). При единичном усилении основным источником шума является шумовой ток инверти рующего входа, протекающий через резистор обратной связи. При плот ности шумового тока 20 пА/√Гц и со противлении резистора RF 750 Ом плотность напряжения шума будет составлять 15 нВ/√Гц, и именно этот шум будет основным источником шу ма. Но если коэффициент усиления схемы увеличивать, шум на выходе, вызванный шумовым током, увеличи ваться не будет. Поэтому при какомто коэффициенте усиления основным источником шума станет шум напря жения. Например, при коэффициенте усиления 10 шумовой ток будет вно сить только 1,5 нВ/√Гц (плотность шу ма, приведённая ко входу). Если плот ность напряжения шума равна 2 нВ/√Гц, то в результате мы получим 2,5 нВ/√Гц (корень из суммы квадра тов), не считая шума резистора. Если учитывать эти особенности, усилитель с ТОС может оказаться вполне подходящим устройством для малошумящей схемы. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА БАЗЕ УСИЛИТЕЛЯ С ТОС Разработчики часто задаются та ким вопросом: возможно ли на базе ОУТОС реализовать схему классичес кого дифференциального усилителя на четырёх резисторах (рис. 5)? Да, действительно, сопротивления входов усилителя с ТОС различны, и это создает некоторые проблемы. Они связаны с тем, что на низких частотах коэффициент ослабления синфазно го сигнала (КОСС) такого дифферен циального усилителя ограничен точ ностью соотношений внешних резис торов. При точности резисторов 0,1% КОСС составляет величину порядка 66 дБ. На более высоких частотах на СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2006 КОМПОНЕНТЫ чинает играть роль постоянная вре мени, определяемая входными импе дансами. Быстродействующие усили тели с ОСН обычно обладают весьма высокой степенью совпадения емкос тей двух входов. При использовании таких усилителей КОСС может дости гать 60 дБ на частоте 1 МГц. Но в уси лителе с ТОС входы несбалансирован ны, и их ёмкость может несколько различаться. Это означает, что для не инвертирующего (низкоимпедансно го) входа нужно применять низкоом ные резисторы (100…200 Ом), чтобы за их счёт минимизировать разброс постоянных времени двух входов. Ес ли резисторы выбраны оптимальным образом, то на высоких частотах для усилителя с ТОС можно получить КОСС не хуже, чем для усилителя с ОСН. Если необходимо достичь более высоких значений КОСС на высокой частоте, то лучше всё же применить интегральный дифференциальный усилитель (например, AD830 обеспе чивает КОСС не менее 75 дБ на часто те 1 МГц и 53 дБ на частоте 10 МГц). ПОДСТРОЙКА ПОЛОСЫ ЧАСТОТ УСИЛИТЕЛЯ С ТОС ПРИ ПОМОЩИ КОНДЕНСАТОРА В ЦЕПИ ОС При использовании усилителя с ТОС для этих целей надо учитывать его особенности. Если в обычном усилителе ОУОСН при подключении конденсатора появляется дополни тельный полюс характеристики, то в усилителе с ТОС появляется дополни тельный полюс и ноль (рис. 6). Ста бильность такого усилителя будет определяться запасом по фазе. Частота полюса будет определяться величиной 1/2(RFCF), частота нуля характеристики будет более высо кой: 1/[2(RF||RG||R0)CF]. Если характе ристики ZF (петли ОС) и ZOL (усили теля с разомкнутой петлёй ОС) пере секутся на слишком высокой частоте, то изза слишком большого сдвига фазы сигнала усилитель может стать нестабильным. Если сопротивление RF будет бес конечно велико, мы получим схему интегратора. В такой схеме частота полюса будет довольно низкой, а ко эффициент передачи петли ОС будет очень высоким на высоких частотах. Такой интегратор можно сделать стабильным, если добавить резистор последовательно с интегрирующим конденсатором, чтобы резистор СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2006 Коэффициент передачи (трансимпеданс), log(Ом) VIN+ ZOL(S) + +1 – VO RO ZF(S) RG RF + RO(1 + RF ) RG RF LOG f CF fP fZ Рис. 6. Подключение конденсатора CF в цепи ОС ограничивал коэффициент передачи петли ОС на высокой частоте (рис. 7). На усилителе с ТОС почти невоз можно реализовать фильтры, в кото рых имеется зависимая от частоты ре активная обратная связь. Однако можно создать фильтр с помощью схемы СалленаКи, в которой ОУ при меняется в качестве просто усилителя с некоторым определённым значени ем коэффициента усиления. (рис. 8). противлении инвертирующего входа 40 Ом нуль будет «отодвинут» до час тоты примерно 400 МГц. Предполо жим, у обоих рассматриваемых уси лителей частота единичного усиле ния составляет 500 МГц. Тогда для усилителя с ОСН потребуется ком пенсирующий конденсатор в цепи ОС. Он уменьшит эффект конденса тора CIN, но одновременно уменьшит ширину полосы усилителя. В случае усилителя с ТОС тоже по явится фазовый сдвиг, вносимый до полнительным нулём, но не столь зна чительный, как в случае ОУОСН, т.к. этот нуль находится на гораздо более высокой частоте. Ширина полосы усилителя будет большей, и компенса , где s = jω. VIN Несколько слов о влиянии шунтиру ющего конденсатора CIN, подключен ного к инвертирующему входу (рис. 9). Известно, что в случае обычного ОУОСН такой конденсатор создаст до полнительный полюс, увеличит ско рость спада АЧХ и увеличит сдвиг фа зы сигнала, что приведёт к неустойчи вости усилителя, если не компенсиро вать эту ёмкость. Такой же эффект дан ная ёмкость произведёт и в случае уси лителя с ТОС, но для усилителя с ТОС эта проблема менее значима. Частота нуля fZ1 (рис. 9) составляет 1/[2(RF||RG||R0)CIN]. Этот ноль приво дит к тем же неприятностям, что и в случае обычного ОУОСН, но частота fZ1 будет гораздо более высокой бла годаря низкому сопротивлению вхо да усилителей с ТОС. Предположим, мы применяем ши рокополосный ОУ с ОСН, RF = 750 Ом, R G = 750 Ом и C IN = 10 пФ. В этом случае частота нуля будет равна 1/[2π(RF||RG)CIN]. Это примерно 40 МГц, тогда как у усилителя с ТОС при со WWW.SOEL.RU – VO ТОС + Rf VIN Rg C – VO ТОС + R Рис. 7. Интегратор на базе ОУТОС R VIN C R + C VO R – Rf Rg Рис. 8. Фильтр на базе ОУТОС © СТАПРЕСС 21 КОМПОНЕНТЫ Коэффициент передачи (трансимпеданс), log(Ом) +1 – VIN+ ZOL(S) + VIN+ CIN и CF CIN VO RG RF + RO(1 + RG RF ) RG RL RF LOG f fP fZ2 Рис. 10. Схема подключения емкостной нагрузки Рис. 9. Влияние шунтирующего конденсатора CIN ция потребуется только в тех случаях, когда необходимо достичь высокой равномерности АЧХ в рабочей полосе частот (такие требования характерны для цепей усиления видеосигналов) или получить оптимальную импульс ную характеристику. Форму характе ристики можно улучшить, если доба вить конденсатор небольшой ёмкости параллельно резистору RF. Чтобы по Наиболее популярные современные усилители с ТОС Напряжение Полоса по смещения уровню VOS, мВ –3 дБ, МГц Скорость Выходной Напряжение Потребляемый Цена, нарастания ток, мА питания, В ток, мА US $* выходного напряжения, В/мкс AD810 1 1,5 80 1000 60 5…36 8 1,94 AD811 1 0,5 140 2500 100 9…36 16 2,37 AD8000 1 1 1580 4100 100 4,5…12 14,3 1,68 AD8003 3 0,7 1650 3800 100 4,5…10 10 2,89 AD8004 4 1 250 3000 50 4…12 4,25 3,95 AD8005 1 5 270 1500 10 4…12 0,425 1,47 AD8007 1 0,5 650 1000 50 5…12 10 1,19 AD8009 1 2 1000 5500 175 5…12 16 1,43 AD8011 1 2 400 3500 30 3…12 1,3 2,27 AD8012 2 1 350 2250 125 3…12 0,9 2,14 AD8013 3 2 480 1000 30 4,2…13 4 3 AD8072 2 2 100 500 30 5…12 5 1,5 LM6181 1 5 100 1400 130 7…32 7,5 1,24 LM6182 2 2 100 2000 130 7…32 7,5 1,24 LT1217 1 1 10 500 50 10…30 1 – LT1223 1 1 100 1000 50 10…30 6 – LT1227 1 – 140 1100 30 4…30 10 – LT1395 1 – 400 800 80 10 4,6 – LT1396 2 – 400 800 80 10 4,6 – LT1397 4 – 400 800 80 10 4,6 – MAX4112 1 – 500 1200 65 10 5 1,5 MAX4113 1 – 275 1800 65 10 5 1,5 MAX4117 2 – 500 1200 65 10 5 1,75 MAX4118 2 – 275 1800 65 10 5 1,75 MAX4119 4 – 270 1200 65 10 5 2,5 MAX4120 4 – 300 1800 65 10 5 2,5 MAX4223 1 – 1000 1100 80 10 6 2,15 MAX4224 1 – 600 1700 80 10 6 2,15 MAX4225 2 – 1000 1100 80 10 6 2 MAX4226 2 – 1000 1100 80 10 6 2 MAX4227 2 – 600 1700 80 10 6 2,1 MAX4228 2 – 600 1700 80 10 6 2,1 OPA683 1 3,5 200 400 110 5…12 2,1 1,2 OPA2683 2 3,5 200 400 110 5…12 2,1 1,9 *Цены действительны для США из расчёта за одну штуку в партии 1000 шт. 22 CL RF CF fZ1 Обозначение Число модели каналов RS – RO ZF(S) CIN + © СТАПРЕСС WWW.SOEL.RU лучить запас по фазе не менее 45°, конденсатор в цепи ОС должен быть таким, чтобы вносимый им полюс располагался на частоте, где пересека ются характеристики ZF и ZOL, т.е. на частоте fP. Плюс ко всему следует пом нить о появлении высокочастотного полюса fZ2, связанного с конденсато ром в цепи ОС. РАБОТА УСИЛИТЕЛЯ С ТОС НА ЁМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ Ёмкостная нагрузка для усилителя с ТОС представляет собой ту же проб лему, что и для ОУОСН (увеличение фазового сдвига сигнала). Это увели чение приводит к уменьшению запа са по фазе и к возможной неустойчи вости усилителя. Описано много спо собов решения проблемы емкостной нагрузки, но наиболее популярным решением для быстродействующих усилителей является добавление ре зистора последовательно с выходом усилителя (рис. 10). Резистор находится вне петли ОС, но последовательно с нагрузкой, и усилитель работает уже не на чисто емкостную нагрузку. В случае усили теля с ТОС можно увеличить сопро тивление резистора RF и таким обра зом снизить коэффициент передачи петли ОС. Но при любом подходе ши рина рабочей полосы ОУ уменьшит ся, снизится скорость нарастания и увеличится время установления вы ходного сигнала. Лучший подход – это экспериментально оптимизиро вать конкретную схему усиления в зависимости от решаемой задачи (например: максимальная скорость нарастания сигнала; время установ ления для указанной точности; мини мальный выброс переходной харак теристики; равномерность АЧХ). УСИЛИТЕЛЬ С ТОС ПРИ НИЗКОМ НАПРЯЖЕНИИ ПИТАНИЯ В области низковольтных усилите лей всё же лидируют усилители с СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2006 КОМПОНЕНТЫ ОСН в силу ряда причин. Усилители, которые работают при выходном напряжении, приближающемся к напряжению питания (railtorail), обычно имеют на выходе не эмиттер ный повторитель, а каскад с общим эмиттером, который позволяет вы ходному напряжению приближаться к напряжению источника питания на величину насыщения транзистора. Но эта схема включения при прочих равных условиях не может обеспе чить быстродействие, аналогичное схеме включения с эмиттерным по вторителем. Кроме того, каскад с об щим эмиттером приводит к усложне нию схемы и обладает высоким вы ходным импедансом. Так как усили тели с ТОС предназначены в первую очередь для высокочастотных схем с большим выходным током, на выходе они имеют эмиттерные повторители. Однако усилители с ТОС всё же ис пользуются в низковольтных схемах с одним источником питания. В на стоящее время выпускаются усилите ли, способные работать при напря жении питания 5 В и даже меньше. Естественно, при проектировании нужно учитывать, что входной и вы СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2006 ходной сигналы должны оставаться в пределах допустимого рабочего диа пазона. Поэтому необходимо обеспе чить сдвиг уровня питающего напря жения или развязку по постоянному току. Впрочем, эту манипуляцию приходится делать в большинстве случаев, когда речь идёт о схеме с од нополярным питанием. Если же сиг нал на выходе усилителя должен приближаться к уровню напряжения питания или требуется максималь ный размах сигнала в рамках имею щегося напряжения питания, то уси литель с ТОС может оказаться не луч шим выбором для такой схемы. Ещё одна проблема возникает, ког да речь идёт о низкоомной нагрузке. Многие усилители типа railtorail фактически не являются railtorail при работе на нагрузку 50 или 75 Ом, так как напряжение насыщения VCE выходных транзисторов довольно велико при большом токе нагрузки. Поэтому выбор типа усилителя мо жет стать непростой задачей. Но в об щем, если необходима работа railto rail, усилитель с ТОС не годится для данного случая; если же необходимо максимальное быстродействие и WWW.SOEL.RU большой выходной ток, то для такой схемы усилитель с ТОС может ока заться оптимальным. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Усилители с ТОС отнюдь не являют ся новинкой. Интегральные ОУТОС выпускаются уже десятки лет. Среди российских разработчиков электро ники ОУТОС недостаточно популяр ны, и в первую очередь изза отсут ствия достаточной информации о данном устройстве. Например, в чрез вычайно популярной среди инжене ровразработчиков книге «Искусство схемотехники» (авторы П. Хоровиц и У. Хилл) ОУТОС упомянуты лишь вскользь. Им посвящено несколько строк в конце одной из глав, при том, что во время выхода книги перечень выпускаемых различными фирмами ОУТОС уже был достаточно широк. Автор надеется, что данная статья час тично восполнит этот пробел. В заключение читателям представ лена таблица (далеко не полная), в которой перечислены наиболее по пулярные современные ОУТОС, вы пускаемые ведущими производите лями операционных усилителей. © СТАПРЕСС 23