Операционные усилители с низковольтным питанием. Современные операционные усилители фирмы National Semiconductors

Компания National Semiconductor, основанная в 1959 году, прошла огромный путь от производства первых дискретных транзисторов до сложнейших современных микроэлектронных устройств. Одним из приоритетных направлений деятельности фирмы на протяжении всего ее существования была разработка интегральных операционных усилителей (ОУ).

В 1968 году инженерами National Semiconductor был создан первый в мире двухкаскадный операционный усилитель LM101, положивший начало целому направлению в построении всевозможных аналоговых электронных устройств. Современные операционные усилители National Semiconductor соответствуют, а по многим параметрам и превосходят мировой уровень устройств данного класса, при этом имеют цены существенно меньшие, чем у других фирм, позволяя разработчикам успешно решать широкий круг задач по созданию различной электронной аппаратуры.

Большинство современных интегральных операционных усилителей выполняются по схеме прямого усиления с дифференциальными входами и рассчитаны на симметричное двухполярное питание (хотя все чаще используется и однополярное). Кроме двух входов, выхода и выводов питания, операционный усилитель может также иметь выводы для балансировки, коррекции, программирования (задания определенных параметров величиной управляющего тока) и другие.

В идеальном случае операционный усилитель должен иметь бесконечный коэффициент усиления по напряжению, бесконечно большое входное и бесконечно малое выходное сопротивления, бесконечно большую амплитуду выходного сигнала, бесконечно большой диапазон усиливаемых частот и отсутствие шумов. Параметры операционных усилителей не должны зависеть от внешних факторов, напряжения питания и температуры. При соблюдении этих условий передаточная характеристика операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью (ООС), точно соответствует передаточной характеристике цепи ООС и не зависит от параметров самого усилителя.

Реальные операционные усилители имеют характеристики, отличающиеся от идеальных, что является поводом для их всесторонней классификации. Реальный операционный усилитель - это компромисс взаимоисключающих требований с достижением наилучших свойств по одному или нескольким параметрам, каковыми могут являться: минимизация напряжения смещения и входных токов, достижение максимальной полосы усиливаемых частот и скорости нарастания выходного напряжения, уменьшение потребляемого тока и питающего напряжения и другие. Параметры операционного усилителя можно разделить на несколько групп - входные, выходные, усилительные, частотные, энергетические, шумовые и т. д. . Наряду с эксплуатационными параметрами, определяющими номинальный температурный режим работы операционного усилителя, допустимые параметры входных и выходных цепей и требования к источникам питания, весьма важными являются также максимально возможные значения ряда параметров, превышение которых не допускается. В настоящее время сложилась определенная (хотя и не очень строгая) классификация операционных усилителей по сочетанию различных параметров, отражающая их предпочтительное использование в том или ином классе устройств. Отметим также, что параметры операционных усилителей в значительной степени определяются их схемотехникой и используемой полупроводниковой технологией.

Фирма National Semiconductor использует следующую классификацию операционных усилителей, которая частично проявляется в первых двух-трех буквах маркировки микросхем, выпускаемых фирмой:

1. Усилители общего применения (General Purpose - LM, LMC) - коэффициент усиления до 100 дБ, напряжение смещения более 1 мВ, частота единичного усиления до 10 МГц.
2. Маломощные (Low Power - LP, LPV) - ток потребления менее 1,5 мА.
3. Микромощные (Micro Power - LP, LPV) - ток потребления менее 25 мкА.
4. Низковольтные (Low Voltage - LMV) - напряжение питания менее 3 В.
5. Прецизионные (Precision - LMP) - коэффициент усиления более 100 дБ, напряжение смещения менее 1 мВ.
6. Быстродействующие (High Speed - LMH) - частота единичного усиления более 50 МГц.
7. Малошумящие (Low Noise) - напряжение шумов менее 10 нВ/Гц 1/2 .
8. Мощные (High Output Power) - выходной ток более 100 мА.
9. С выходным и входным напряжением, близким к напряжению питания (Rail to Rail Output/Input).

В усилителях Rail to Rail максимальная и минимальная амплитуда выходного напряжения практически совпадают с соответствующими значениями напряжения питания, а допустимые значения синфазного входного напряжения равны или даже могут выходить за пределы напряжения питания. Последнее используется, например, в усилителях с однополярным питанием с возможностью подачи на вход отрицательного напряжения.

Как уже было сказано выше, данное разделение по понятным причинам не является строгим, буквенная классификация также не всегда соблюдается, операционный усилитель может быть одновременно низковольтным, быстродействующим, малошумящим, с выходным напряжением, близким к напряжению питания, и т. п. Кроме того, операционные усилители одного типа выпускаются в различных корпусах, а также по два, три или четыре усилителя в одном корпусе (многоканальные) и, наконец, в исполнениях, предназначенных для общего (Commercial - C), промышленного (Industrial - I, E) и военного применения (Military - M), отличающихся по ряду параметров, в частности, по диапазону рабочих температур (C: 0...+70 °C; I: –40...+85 °C; E: –40...+125 °C; M: –55...+125 °C).

Следует также отметить, что наряду с освоением производства новых изделий фирма непрерывно занимается усовершенствованием и развитием операционных усилителей, выпускавшихся ранее, что хорошо видно, например, на широко известном недорогом и очень популярном семействе маломощных счетверенных операционных усилителей с однополярным питанием (Single Supply) LM124/224/324/2902 и током потребления 0,2–0,4 мА на канал. Выпускается ряд их модификаций: LP324/LP2902 - микромощные с током потребления 21 мкА, LMV324 - низковольтный, с напряжением питания от 2,7 до 5,5 В, LPV324 - микромощный низковольтный с током потребления 9 мкА, изготавливаемый по фирменной технологии BiCMOS, и другие .

Отметим также, что для современных операционных усилителей, как, впрочем, и для других интегральных микросхем, имеется тенденция к уменьшению габаритов и все более широкому использованию корпусов для поверхностного монтажа. Широко распространенные ранее корпуса DIP и TSSOP заменяются на значительно меньшие SOIC, SOT-23 и SC-70 (последний имеет размеры 2×2×1 мм); ряд микросхем для поверхностного монтажа выпускается в особо малогабаритных корпусах microSMD с размерами 1,285×1,285×0,85 мм и менее.

В нашей предыдущей статье были рассмотрены быстродействующие операционные усилители National Semiconductor. Здесь мы остановимся на других типах операционных усилителей, выпущенных фирмой в последние годы. Обзор начнем с усилителей, основные параметры которых при напряжении питания 5 В приведены в таблице 1 и соответствуют операционным усилителям общего применения.

Таблица 1. Основные параметры современных операционных усилителей общего применения National Semiconductor

Операционные усилители общего применения

Как видно из таблицы 1, большая часть этих усилителей - низковольтные и мало- и микромощные в миниатюрных корпусах, что отражает современные тенденции проектирования электронной аппаратуры.

Семейство операционных усилителей LMV341/2/4 предназначено для использования в портативной аппаратуре с автономным питанием. Операционные усилители отличаются очень высокими параметрами по входному току и шумам. В режиме отключения (Shutdown) потребляемый ток уменьшается до типового значения всего 45 пА, а время перехода в рабочий режим не превышает 5 мкс. Усилители выпускаются в различных корпусах, в том числе, и в SC70-6L, весьма подходящем для размещения на материнских платах персональных компьютеров и ноутбуков. Отметим, что данные усилители работоспособны в расширенном температурном диапазоне (до 125 °С).

Характерной особенностью семейств операционных усилителей LMV931/2/4 и LMV981/2 (c режимом отключения Shutdown) является очень низкое минимальное напряжение питания 1,8 В, в связи с чем они позиционируются фирмой для применения в аппаратуре, питающейся от одного Li-Ion гальванического элемента, а также для систем контроля питания. Особенностями этих усилителей являются также вход и выход Rail to Rail и весьма высокий (101 дБ) коэффициент усиления при сравнительно малом уровне шумов, что дает возможность использовать данные операционные усилители в аудиоаппаратуре с низковольтным питанием.

Семейства операционных усилителей LMV321/358/324 и LPV321/358/354 (низковольтный и микромощный вариант соответствующих сверхпопулярных операционных усилителей серии LM), а также усилители LM2904/02 в миниатюрном корпусе microSMD и LP2902 (аналоги LM358/324 и LP324) являются классическими современными операционными усилителями общего применения и могут быть использованы в широком классе устройств. Отметим, что LM2904/02 и LP2902 могут работать при одно- и двухполярном питании с размахом от 3 до 32 В.

Операционный усилитель LMV301 - это CMOS-вариант LMV321. Он отличается крайне малым входным током и низким минимальным напряжением питания усилители в миниатюрном корпусе SC70 и может использоваться в устройствах выборки-хранения, усилителях сигналов фотодатчиков и других устройствах с батарейным питанием.

Операционные усилители семейства LMV821/22/24 отличаются сравнительно большим быстродействием (частота единичного усиления 5 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 1,4 В/мкс) при малом энергопотреблении. Они также имеют хорошие параметры по напряжению смещения и его дрейфу (3,5 мВ и 1 мкВ/°С соответственно). Выпускаются в различных корпусах и предназначены для использования в технике связи - модемах, беспроводных и мобильных телефонах и других устройствах.

Операционный усилитель LMC7101 с входом и выходом Rail to Rail и его микромощный вариант LMC7111 выполнены по технологии CMOS в миниатюрных корпусах и предназначены для применения в различной портативной аппаратуре с автономным питанием. Благодаря очень малому входному току они могут использоваться в устройствах выборки-хранения и других, требующих большого входного сопротивления (гарантированное значение не менее 1 ТОм).

Заслуживает внимания операционные усилители LM7301 с входом и выходом Rail to Rail, сочетающий очень высокие значения различных параметров, в частности, широкий диапазон напряжения питания, относительно большое быстродействие, высокие коэффициенты усиления и подавления синфазных сигналов, а также CMOS операционные усилители LMC8101 с возможностью отключения. Эти усилители выпускаются в миниатюрных корпусах SOT-23 и microSMD и могут быть использованы в различных устройствах с соответствующими параметрами.

Сравнительно мощные и быстродействующие операционные усилители LM8261/2 и LM8272 с входом и выходом Rail to Rail и не лимитированной емкостью нагрузки предназначены для применения в схемах драйверов для жидкокристаллических экранов, выходных каскадов ЦАП, усилителей головных телефонов и других устройствах. Они работают в широком диапазоне напряжения питания и отличаются низким уровнем шумов и искажений.

Малошумящие операционные усилители семейства LMV721/2 предназначены для применения во входных каскадах усилительной аппаратуры, в том числе и с батарейным питанием. Выпускаются в миниатюрных корпусах и бескорпусном исполнении для встраивания в различные устройства, например, электретные микрофоны.

Прецизионные операционные усилители

Далее перейдем к рассмотрению последних разработок прецизионных операционных усилителей National Semiconductor, основные параметры которых при напряжении питания 5 В приведены в таблице 2. В дополнение к параметрам операционных усилителей общего применения для прецизионных усилителей весьма важными являются температурный дрейф напряжения смещения, коэффициент усиления и коэффициенты подавления синфазных сигналов (Common Mode Rejection Ratio - CMRR) и влияния нестабильности напряжения питания (Power Supply Ripple Rejection - PSRR).

Таблица 2. Основные параметры современных прецизионных операционных усилителей National Semiconductor

Семейства операционных усилителей LMC6081/2/4 и LMC6482/4 - с входом и выходом Rail to Rail выполнены по технологии CMOS и представляют типовые прецизионные операционные усилители, способные работать с однополярным питанием. Выпускаются также их микромощные аналоги с током потребления 20 мкА и пониженным быстродействием - LMC6061/2/4 и LMC6462/4. Область применения этих операционных усилителей - инструментальные усилители, устройства обработки сигналов, усилители сигналов пьезодатчиков и датчиков излучения, медицинская аппаратура (усилители биопотенциалов) и т. п.

Отличительной особенностью операционных усилителей LMC6001 является ничтожно малое типовое значение входного тока 10 фА и, соответственно, способность работать в электрометрических устройствах, приборах для измерения токов утечки, детекторах излучения, различной научной аппаратуре и т. п. Примечательна методика, используемая фирмой для тестирования каждой из только что изготовленных микросхем LMC6001 - 3 раза подряд в первую минуту. Экземпляры с входным током более 25 фА отбраковываются. Достоинством операционных усилителей является также низкий уровень шумов 22 нВ/Гц 1/2 и наличие защиты от электростатического потенциала до 2000 В. Выпускается в корпусах MDIP и круглом металлостеклянном корпусе MCAN. Отметим, что успешное применение операционных усилителей с малыми входными токами возможно только при отсутствии токов утечки по поверхности монтажной платы. Величина этих токов может на несколько порядков превышать входные токи усилителя и, следовательно, вызвать значительное смещение его нуля. Выходом из положения является создание на печатной плате специальных охранных колец вокруг входов операционных усилителей или соединение входов усилителя с другими элементами схемы вне платы. Образцы рисунков печатных плат для монтажа усилителей со сверхмалыми входными токами имеются на сайте компании.

Малошумящие прецизионные операционные усилителеи LMV751 и LMV771/2/4 с выходом Rail to Rail и однополярным питанием выпускаются в миниатюрных корпусах и предназначены для применения во входных каскадах различной аппаратуры. Они отличаются повышенным быстродействием и малыми искажениями, что дает возможность использовать данные операционные усилители в высококачественной аппаратуре с низковольтным питанием.

Следует отметить, что National Semiconductor выпускает специальные операционные усилители - сдвоенный LM833 и счетверенный LM837 (в таблице не представлены) - для использования в аудиотехнике класса Hi-Fi. По своим параметрам эти усилители приближаются к прецизионным и отличаются малым напряжением смещения (0,3 мВ), высоким коэффициентом усиления (110 дБ), очень низким уровнем шумов в звуковом диапазоне (4,5 нВ/Гц 1/2) и чрезвычайно малыми нелинейными искажениями (0,0015%). Операционные усилители скорректированы для любого коэффициента усиления вплоть до единичного, и наряду с использованием в предварительных УЗЧ их можно применять в самой различной аппаратуре для усиления слабых сигналов.

Последнее достижение National Semiconductor - это основанная на уникальной технологии непрерывной коррекции смещения на входе серия доступных по цене ультрапрецизионных операционных усилителей LMP2011/2/4 с ничтожно малыми величинами напряжения смещения (типовое значение 0,8 мкВ) и его температурного дрейфа (0,015 мкВ/°С). В отличие от операционных усилителей других фирм, в которых используется метод коррекции нуля сравнительно низкочастотной стабилизацией прерыванием , создающей значительные шумы и искажения сигнала, в LMP201x частота коррекции составляет 35 кГц, что позволяет перенести основной шумовой спектр в высокочастотную область, достигнув тем самым очень низкого уровня шумов и искажений в диапазоне частот до нескольких десятков килогерц. В целом совокупность великолепных характеристик операционных усилителей LMP201x, таких, как сверхмалое смещение и дрейф, весьма высокие для прецизионных операционных усилителей полоса пропускания и скорость нарастания выходного напряжения в сочетании с низкими шумами и малым потребляемым током, дает возможность применять эти микросхемы в широком классе устройств с повышенной точностью и температурной стабильностью.

В заключение обзора прецизионных операционных усилителей рассмотрим еще одну недавнюю разработку National Semiconductor - семейство прецизионных дифференциальных усилителей с фиксированным коэффициентом усиления и сверхшироким диапазоном входных синфазных напряжений LMP8270/1, предназначенных для применения в токоизмерительных устройствах, автомобильной электронике и других схемах, в которых необходимо выделить слабый дифференциальный сигнал на фоне очень большого синфазного напряжения.

Структура и типовая схема включения усилителя LMP8271 в схеме измерителя тока представлены на рис. 1. Микросхема содержит патентованное входное устройство сдвига уровня и двухкаскадный усилитель с общим коэффициентом усиления 20. LMP8270 отличается отсутствием вывода OFFSET. В типовой схеме включения связь между каскадами осуществляется через простейший RC-фильтр нижних частот с внешним конденсатором.

Рис. 1. Структура и типовая схема включения усилителя LMP8271

Усилитель LMP8270 выделяет входной сигнал только положительной полярности, в то время как LMP8271 может усиливать и отрицательный сигнал. Возможность усиления отрицательного входного напряжения V IN достигается благодаря сдвигу уровня выходного напряжения V OUT на некоторую постоянную величину согласно графикам, приведенным на рис. 2. Сдвиг производится подачей управляющего напряжения на специальный вход микросхемы LMP8271 OFFSET. Если вход OFFSET соединен с общим проводом, LMP8271 выделяет только положительный входной сигнал. При подаче на вывод OFFSET напряжения питания V S к выходному напряжению усилителя прибавляется половина напряжения питания, и таким образом вход усилителя становится биполярным. В принципе, на вход OFFSET можно подавать любое напряжение V X от 0 до V S , при этом к выходному напряжению прибавляется величина V X /2.

Рис. 2. Зависимость входного и выходного напряжения усилителя LMP8271 от управляющего сигнала OFFSET

Программируемые операционные усилители

National Semiconductor выпускает ряд операционных усилителей, параметрами которых можно управлять путем изменения тока через специальный вывод микросхемы, - так называемые программируемые операционные усилители. Новейший образец программируемого операционного усилителя - сдвоенный усилитель LMV422 - интересен тем, что может работать в двух режимах, обычном и экономичном, при этом, естественно, параметры усилителя ухудшаются, но основные функции сохраняются, что может быть весьма полезным, например для поддержания аппаратуры в «ждущем» состоянии, переходе на резервное питание и т. п. В нормальном режиме (Full; управляющий вывод PS заземлен) операционные усилители потребляет ток 400 мкА и имеет параметры, близкие к прецизионным усилителям (см. табл. 1). В экономичном режиме (Low; на управляющий вывод PS подано напряжение более 4,5 В) потребляемый ток снижается до 2 мкА, и усилитель становится ультрамикромощным. Каждый усилитель микросхемы имеет свой независимый вывод управления PS. Операционные усилители LMV422 скорректированы для коэффициента усиления больше 2, выпускаются в 10-выводном корпусе MSOP.

Комбинированные устройства

Тенденция к уменьшению габаритов электронной аппаратуры подводит разработчиков к созданию различных комбинированных устройств на основе операционных усилителей. В частности, для нужд видеотехники фирма National Semiconductor выпускает наборы быстродействующих операционных усилителей с мультиплексорами LMH6570/2/4, параметры которых приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные параметры усилителей-мультиплексоров National Semiconductor

Микросхема LMH6572 содержит три комплекта мультиплексоров 2:1 и высококачественных буферных усилителей с коэффициентом усиления 2, а LMH6570 и LMH6574 - соответственно 2 и 4 буферных усилителя, мультиплексор и высококачественный быстродействующий операционный усилитель с очень высокими параметрами по частотным характеристикам, скорости нарастания выходного напряжения, нелинейным искажениям и шумам, что позволяет использовать их в различных устройствах обработки и усиления видеосигналов, мониторах, многоканальных АЦП, аппаратуре телевидения высокой четкости и др. Как и все операционные усилители National Semiconductor, ориентированные на видеоприложения, операционные усилители микросхем LMH6470/2/4 обеспечивают минимальные значения специфических для видеосигналов искажений типа «дифференциальное усиление» и «дифференциальная фаза» . Структура и типовая схема включения мультиплексора LMH6570 и таблица его состояний приведены на рис. 3. Управление работой мультиплексора производится стандартными логическими уровнями на контактах SEL и SD.

Рис. 3. Структура и типовая схема включения мультиплексора LMH6570 и таблица его состояний

Во многих схемах электропитания и других устройствах часто используются операционные усилители вместе с источниками опорного напряжения (ИОН). National Semiconductor выпускает несколько комбинированных микросхем, содержащих два и более операционных усилителей с фиксированным или регулируемым ИОН. Для примера рассмотрим микросхему LM432, состоящую из двух операционных усилителей, аналогичных популярному LM358, и источника фиксированного опорного напряжения 2,5 В с выходным током до 10 мА и нестабильностью не более 4 мВ в диапазоне температур от 40 до +85 °C. Структура микросхемы приведена на рис. 4. Диапазон ее применений может быть самый разнообразный - простейшие линейные стабилизаторы напряжения, устройства ШИМ импульсных преобразователей и др.

Рис. 4. Структура микросхемы LM432

Аналоговые компораторы

В ассортименте продукции National Semiconductor имеется также большое число интегральных аналоговых компараторов, производством которых с большим успехом фирма занимается уже много лет. В частности, представленная в 1970 году серия компараторов с однополярным питанием LM139/239/339 оказалась настолько удачной, что ее модификации LM193/293/393/2903 и другие выпускаются и в настоящее время несколькими фирмами в разных странах.

Наряду с общими для операционных усилителей параметрами для компараторов весьма важным является время переключения (Response Time) - промежуток времени от начала сравнения входных напряжений до момента, когда выходное напряжение достигает соответствующего логического уровня. Современные низковольтные компараторы обычно выполняются по технологии BiCMOS, которая позволяет совместить высокое быстродействие и низкий уровень шумов с малым энергопотреблением, а также получить выходное напряжение, близкое к напряжению питания. Как и операционные усилители, компараторы можно условно разделить на универсальные или общего применения, быстродействующие, микромощные, с выходом Rail to Rail, прецизионные и т. п., причем для их маркировки National Semiconductor использует ту же систему, что и для операционных усилителей. Основные параметры современных компараторов National Semiconductor при напряжении питания 5 В приведены в таблице 4.

Таблица 4. Основные параметры современных аналоговых компараторов National Semiconductor

Семейство универсальных компараторов, приведенное в первой строке таблицы, выполнено по биполярной технологии с выходом в виде открытого коллектора (ОК), работоспособно в широком диапазоне напряжений питания (как двухполярного, так и однополярного) и по выходному напряжению совместимо с различными типами цифровых логических устройств: TTL, CMOS, ECL и др. Новейшие компараторы семейства выполнены в миниатюрных корпусах microSMD и предназначены для использования в портативных устройствах с автономным питанием.

Компараторы LMV331/393/339 - это низковольтный вариант предыдущего семейства, выполненный по технологии BiCMOS. Они позиционируются для применения в устройствах с однополярным питанием от 2,7 до 5 В.

Счетверенный микромощный компаратор LP339 выполнен по биполярной технологии и предназначен для применения совместно с логическими устройствами CMOS в широком диапазоне напряжений питания. Примечательно, что величина потребляемого одним компаратором тока (15 мкА) от напряжения питания не зависит.

Микромощные CMOS-компараторы LMC7211 с двухтактным выходом (2Т) и LMC7221 с выходом в виде открытого стока (ОС) выпускаются в миниатюрных корпусах SOT23 и предназначены для применения в различных портативных устройствах - ноутбуках, мобильных телефонах и т. д. Еще большей экономичностью обладают аналогичные компараторы LMC7215 и LMC7225 с потребляемым током всего 0,7 мкА. Эти компараторы имеют вход и выход Rail to Rail и предназначены для использования в схемах с режимом ожидания.

Последние разработки компараторов National Semiconductor выполнены по технологии BiCMOS и отличаются уникальным сочетанием различных параметров. Современные универсальные компараторы LMV7235/39 обеспечивают время переключения 45 нс при потребляемом токе 65 мкА. Высокоскоростной вариант LMV7219 имеет время переключения 7 нс, а низковольтные модификации LMV7271/2/5 и LMV7291 работоспособны при напряжении питания 1,8 В. Четкое переключение компараторов при сравнении медленно меняющихся входных сигналов гарантируется внутренним гистерезисом схемы. Все компараторы серии LMV72xx выпускаются в миниатюрных корпусах.

Прецизионные одиночный и сдвоенный CMOS-компараторы LMV761/2 отличаются весьма малыми величинами напряжения смещения и входного тока при сравнительно высоком быстродействии. Компаратор LMV761 имеет режим отключения (Shutdown), при котором потребляемый ток снижается до 0,2 мкА, а выход компаратора переходит в высокоимпедансное состояние. Время перехода в рабочий режим не превышает 4 мкс. Отметим, что по техническим условиям для этих микросхем неиспользуемый вывод отключения SD нельзя оставлять свободным, а следует соединить его с положительным выводом питания.

В ассортименте продукции National Semiconductor имеется ряд комбинированных микросхем на основе аналоговых компараторов. Это, например, детектор спада напряжения питания LMS33460, формирующий активный (нулевой) уровень при снижении напряжения питания устройства до 3 В. Структура микросхемы LMS33460 и типовая схема ее включения приведены на рис. 5.

Рис. 5. Структура микросхемы детектора спада напряжения питания LMS33460 (а) и его типовая схема включения (б)

В состав микросхемы LMS33460, выполненной в миниатюрном корпусе SC70-5, входит прецизионный ИОН, компаратор с гистерезисом и выходной каскад с открытым стоком. Диапазон входных напряжений микросхемы - 0,8–7 В, величина потребляемого тока не превышает 1 мкА, при этом время переключения в активное состояние составляет 70 мкс.

Выбор нужного операционного усилителя

Для сокращения затрат времени на выбор и тестирование операционных усилителей National Semiconductor создала удобную онлайновую технологию Amplifiers Made Simple, являющуюся частью программной оболочки WEBENCH, размещенной на сайте фирмы. Новое интерактивное средство имеет мощную систему поиска, позволяющую быстро и точно находить нужный компонент среди массы других изделий, каждое из которых обладает множеством разнообразных электрических характеристик.

На первом этапе Amplifiers Made Simple дает возможность выбрать оптимальный тип операционного усилителя, соответствующий требованиям пользователя. Затем производится поиск операционных усилителей среди изделий фирмы National Semiconductor, в результате чего выявляются операционные усилители, наилучшим образом подходящие для решения данной конкретной задачи. Как и все прочие инструментальные средства семейства WEBENCH, Amplifiers Made Simple является абсолютно бесплатным. Различные инструменты семейства интегрированы друг с другом, что создает дополнительные удобства для пользователя.

Благодаря средству Amplifiers Made Simple разработчику электронных устройств больше нет необходимости производить трудоемкие расчеты схем и дорогостоящее физическое макетирование. Технология обеспечивает мгновенный доступ к самым последним SPICE-моделям, параметрам и иной информации об операционных усилителях National Semiconductor, а также позволяет пользователю проводить сравнение характеристик нескольких устройств одновременно. Компания National Semiconductor гарантирует поставку любых поддерживаемых средствами WEBENCH продуктов в течение 24 часов.

Широкая номенклатура и невысокая стоимость интегральных операционных усилителей National Semiconductors, а также возможность онлайнового выбора делает их весьма привлекательными для широкого круга разработчиков РЭА. Информацию по рассмотренным операционным усилителям, а также другим компонентам производства компании National Semiconductor вы можете найти по адесу http://promelec.ru/lines/nsc.html или на сайте производителя www.national.com.

Литература

1. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М.: Издательский дом «Додэка-XXI». 2005.
2. National Analog Products Databook. 2004 Edition.
3. Штрапенин Г. Л. Быстродействующие операционные усилители фирмы National Semiconductor // Chip News. 2003. № 10.

Компания Maxim Integrated Products — один из ведущих мировых производителей аналоговых интегральных схем. В данной статье предлагается обзор операционных усилителей (ОУ), выпускаемых Maxim, их классификация по основным параметрам, а также ряд соображений, позволяющих сделать оптимальный выбор для конкретного приложения из более чем широкой номенклатуры изделий, предлагаемых компанией.

В настоящее время каждый из ведущих производителей полупроводников выпускает более сотни (а иногда и несколько сотен) типов операционных усилителей. Линейка ОУ компании Maxim Integrated Products содержит около 150 типов микросхем (не учитывая исполнения в разных корпусах). На фоне этого изобилия разработчику сложно сделать оптимальный выбор микросхемы для конкретного приложения. Решение проблемы выбора предполагает определение нескольких ключевых параметров, критичных для разрабатываемого изделия и, тем самым, ограничение списка возможных вариантов до разумных пределов.

Основные параметры и классификация операционных усилителей
Параметры, которые определяют качество операционных усилителей, принято разделять па три группы: эксплуатационные, точностные и динамические.

К основным эксплуатационным параметрам относят:
. Минимальное и максимальное напряжения питания:
. Потребляемый ток;
. Наличие свойств Rail-to-Rail по входу и выходу;
. Наличие входа Shutdown (отключение от нагрузки).

К основным точностным параметрам относят:
. Напряжение смещения пуля VOS:
. Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСО;
. Коэффициент подавления пульсаций напряжения питания (КШШП) (другое наименование — коэффициент ослабления влияния нестабильности источников питания (КОПИИ));
. Входной ток IBIAS;
. Спектральная плотность шума по напряжению ей.

К основным динамическим параметрам относят:
. Частоту единичного усиления (GBW);
. Скорость нарастания выходного напряжения г.
Ограниченный объем статьи не позволяет пояснить физический смысл данных параметров. Однако они достаточно подробно разобраны во всех монографиях, посвященных принципам работы операционных усилителей, например в .
В теории ОУ используется термин «идеальный операционный усилитель». В реальности приходится учитывать: высокий, но все-таки конечный коэффициент усиления; ненулевой входной ток; ненулевое выходное сопротивление; ограниченную полосу пропускания и т.д.

Выпускаемые промышленностью операционные усилители постоянно совершенствуются, их параметры «приближаются к идеальным». Однако улучшить все параметры одновременно технически невозможно (не говоря уже о нецелесообразности подобных мероприятии из-за стоимости полученного решения). Для того, чтобы расширить область применения ОУ, выпускаются различные их типы, в каждом из которых одни или несколько параметров являются доминирующими, а остальные па обычном уровне (или даже чуть хуже). Это оправдано, так как в различных сферах применения от ОУ требуется высокое значение того или ипого параметра, по не всех сразу. Отсюда вытекает классификация ОУ по назначению. В рамках данной статьи мы рассмотрим:
. ОУ с малым энергопотреблением;
. Низковольтные ОУ;
. Малошумящие ОУ;
. Прецизионные ОУ;
. Высокоскоростные ОУ;
. Высоковольтные ОУ;
. ОУ общего назначения.

Операционные усилители с малым энергопотреблением
Усилители данного класса используются в приборах, получающих питание от гальванических или аккумуляторных батарей. Ключевым параметром, по которому конкретный усилитель может быть отнесен к данной группе, является значение тока, потребляемого от источника питания. Компания Maxim в своей классификации определяет эту ветчину, как «менее 20 мкА». Линейка ОУ с малым энергопотреблением и их параметры приведены в таблице 1 .

Таблица 1. Номенклатура и параметры ОУ с малым энергопотреблением компании Maxim

Объем статьи не позволяет привести полные таблицы для всех ОУ рассматриваемого класса. Поэтому в данной и последующих таблицах приведены параметры не всех ОУ, входящих в семейство, а только одинарных (то есть, содержащих один усилитель в корпусе). Значения большинства параметров сдвоенных и счетверенных усилителей, как правило, аналогичны параметрам одинарных ОУ. Полная информация доступна на сайте компании Maxim — www.maxim-ic.com.
Как видим, значения точностных параметров (коэффициент ослабления синфазного сигнала, коэффициент подавления пульсаций напряжения питания, спектральная плотность шума) находятся на уровне устройств общего назначения. Значения динамических параметров (частота единичного усиления, скорость нарастания выходного напряжения) не могут быть высокими, поскольку малое энергопотребление и высокая динамика в определенном смысле — понятия противоположные. Однако в тех приложениях, где малое энергопотребление выходит на первый план (мобильные устройства с батарейным питанием), динамические параметры не являются приоритетными.
Следует отметить микросхемы МАХ4464/70/71/72/74 - операционные усилители с потребляемым током 0,75 мкА. Это значение, на данный момент, является одним из лучших в отрасли. Кроме того, данные микросхемы обеспечивают достаточно высокие для своего класса значения КОСС и КППНП. Хорошие динамические характеристики (опять же для своего класса) обеспечивают семейства МАХ9910/11/12/13 и МАХ9914/15/16/17. Кроме того, эти микросхемы входят в категорию «Low Cost», т.е. микросхем с очень недорогой ценой, которые могут быть востребованы в экономичных приложениях. Достаточно сбалансированные параметры семейства МАХ406/07/09/17/18/19 позволяют рассматривать их в качестве усилителей общего назначения.

Необходимо отметить, что по сравнению с другими ведущими производителями операционных усилителей (Texas Instruments, Analog Devices, National Semiconductor, Intersil) компания Maxim в данном классе приборов выгодно выделяется широкой номенклатурой предлагаемых изделий. Компания Maxim предлагает 15 типов микросхем одинарных усилителей (один усилитель в корпусе) с током потребления менее 20 мкА. Компания Texas Instruments предлагает девять моделей, Intersil — шесть, Analog Devices и National Semiconductor — по две.

Низковольтные операционные усилители
Под низковольтными, как правило, понимают операционные усилители, у которых минимальное напряжение питания не превышает 1,8 В. Целевая область применения — устройства с батарейным питанием. Линейка низковольтных ОУ и их параметры приведены в таблице 2 .

Таблица 2. Номенклатура и параметры низковольтных ОУ компании Maxim

Как видим, большая часть номенклатуры низковольтных ОУ и ОУ с малым энергопотреблением пересекается — новыми являются только два семейства: МАХ9617/18/19/20 и МАХ4291/92/94. В первом случае упор сделан на улучшение точностных и динамических характеристик. Во втором — основное внимание уделено низкой стоимости, свойственных устройствам общего назначения. Из уникальных изделий следует обратить внимание на усилитель МАХ4289, который является, по утверждению компании Maxim, первым в отрасли ОУ с напряжением питания от 1 В в корпусе SOT-23 .

Что касается широты номенклатуры в данном классе, то предложения Maxim, Texas Instruments и National Semiconductor примерно одинаковы (15, 13 и 13 одинарных ОУ, соответственно), а позиции Analog Devices и Intersil скромнее (шесть и пять наименований).

Малошумящие операционные усилители
Шумы в операционных усилителях, накладываясь на полезный сигнал, обуславливают аддитивную погрешность в измерительных приложениях и помехи в аудиоаппаратуре. Различают внешние и внутренние шумы. Внешние шумы приходят в усилитель с входными сигналами, борьба с ними осуществляется различными схемотехническими и конструктивными решениями. Внутренние (тепловые, дробовые, фликер-шумы) являются собственными шумами уси-лителя — их уровень пытаются минимизировать на этапе разработки микросхемы усилителя. Для малошумящих усилителей ключевым параметром является спектральная плотность шума. Компания Maxim относит к этому классу ОУ, в которых это значение не превышает 15 нВ/\"Гц. Линейка малошумящих ОУ и их параметры приведены в таблице 3 .

Таблица 3. Номенклатура и параметры малошумящих ОУ компании Maxim

Лучшее но значению спектральной плотности шума семейство МАХ410/12/14 имеет показатель 1,5 нВ/Гц, что соответствует наиболее высоким достижениям в отрасли. Кроме того, отметим семейство МАХ4091/92/94 с точки зрения энергопотребления, хорошие показатели у МАХ4488/89 по динамике. Операционные усилители семейства MAX/i230/31 /32/33/34 являются достаточно привлекательными для тех приложений, где существенным фактором является цена.

Прецизионные операционные усилители
Для прецизионных (высокоточных) усилителей ключевым параметром является напряжение смешения нуля. Смешение нуля в операционных усилителях проявляется в наличии постоянного напряжения (смешения) на выходе О У при отсутствии входного сигнала (то есть, прямой и инверсный входы подключены к «земле»). Как правило, смешение нуля приводят ко входу, т.е. делят на коэффициент усиления. Очевидно, что минимальное смешение нуля — весьма существенный фактор для усилителей, работающих в измерительных приложениях. Компания Maxim относит к прецизионным усилителям те, у которых значение этого параметра не превышает 100 мкВ. Кроме того, важными параметрами для данного класса усилителей являются коэффициенты КОСС и КППНП, значения которых должны быть не хуже 100 дБ. Линейка прецизионных ОУ и их параметры приведены в таблице 4 .

Таблица 4. Номенклатура и параметры прецизионных ОУ компании Maxim

Несмотря на то, что номенклатура прецизионных ОУ, предлагаемых компанией Maxim, не очень широка, предлагаемые семейства явно дифференцированы по ключевому параметру. Таким образом, компания Maxim покрывает достаточно широкий спектр возможных приложений. Операционные усилители МАХ4238/39 показывают высокие показатели в этом классе — на уровне лучших показателей в отрасли. Отличительные особенности семейства МАХ9617/18/19/20: низковольтное питание; небольшой ток потребления и хорошие для своего класса динамические параметры. Микросхемы МАХ4236/37 классифицируются также как малошумящие. Усилители МАХ9943/44 позиционируются как прецизионные и высоковольтные.

Высокоскоростные операционные усилители
Договоримся, что в данном разделе мы не рассматриваем высокоскоростные усилители (с полосой частот шире 100 МГц), предназначенные для различного рода видеоаппаратуры, поскольку они выполнены по иным схемотехническим решениям и не являются операционными усилителями в классическом понимании этого термина. Под высокоскоростными ОУ будем понимать те усилители, скорость нарастания выходного напряжения которых превышает 10 В/мкс. Частота единичного усиления у таких ОУ в подавляющем большинстве случаев не менее 5 МГц. Для сравнения, скорость нарастания для видеоусилителей лежит в диапазоне 500...2000 В/мкс, а ширина полосы пропускания на уровне 3 дБ не менее 300 МГц. Линейка высокоскоростных ОУ и их параметры приведены в таблице 5 .

Таблица 5. Номенклатура и параметры высокоскоростных ОУ компании Maxim

Наиболее высокие показатели по скорости нарастания выходного напряжения (на уровне лучших в отрасли среди данного класса) при достаточно широкой полосе пропускания обеспечивают микросхемы МАХ9650/51. Однако они имеют более чем высокий потребляемый ток, большое смещение нуля и существенный недостаток — высокое напряжение питания (от 6 В).
Оптимальный выбор в данном классе по точностным характеристикам (КОСС, КППНП, спектральная плотность шума, смещение нуля) — микросхемы МАХ4488/89. С точки зрения энергопотребления — МАХ4124/25/28. Семейство МАХ4484/86/87 ориентировано на применение в экономичных приложениях «Low Cost».

Операционные усилители с широким диапазоном напряжения питания (высоковольтные ОУ)
Строго говоря, термин «высоковольтные ОУ» не совсем корректен. «Высоковольтными» были ОУ 1980-х годов, которые использовали напряжения питания =15 В, но с достаточно жестким допуском. Современные «высоковольтные» ОУ являются именно операционными усилителями с широким диапазоном напряжения питания. Возможность работы на повышенном (от 10 В) питании мы наблюдали в ряде микросхем рассмотренных выше классов. С этой точки зрения «высоковольт-ность» сама по себе является не столько критерием принадлежности к отдельному классу, сколько опцией, которая может быть присуща ОУ различного назначения.
С другой стороны, если рассматривать только усилители с максимальным напряжением питания 20 В и выше, то значение минимального напряжения питания (6 В) однозначно выделяет их в отдельный класс. Линейка таких ОУ и их параметры приведены в таблице 6 .

Таблица 6. Номенклатура и параметры высоковольтных ОУ компании Maxim

Специфичность данных микросхем обуславливает их ограниченную номенклатуру в продукции компании Maxim: усилители МАХ9650/51 — высокоскоростные, а МАХ9943/44/45 — малошумящие.

Операционные усилители общего назначения и недорогие операционные усилители

Некоторая нестандартность подзаголовка требует пояснений.
Усилители общего назначения. Здесь хотелось бы определиться с классификационным критерием. Если в рассмотренных выше группах критерий имел вполне определенный физический смысл (ток, напряжение и т.д.), то понятие «общее назначение» явно носит нематериальный характер. Договоримся, что в рамках данной статьи речь идет об изделиях, при проектировании которых ни один из параметров не считался доминирующим. С другой стороны, предполагалось, что ни один из параметров не будет завален «ниже нижнего». Поэтому изделие может быть востребовано в самых разнообразных приложениях, в тех фрагментах схемы, в которых к параметрам усилителя не предъявляются какие-то повышенные требования.
Если в качестве критерия использовать цену, то существуют «недорогие ОУ» (или «Low Cost» в терминах компании Maxim).

Остается определиться с понятием «недорого». Предлагается следующий механизм: рассматриваем всю линейку одинарных (один усилитель в корпусе) усилителей* , независимо от значения параметров и предполагаемого назначения, и ранжируем ее по цене** . Самая дешевая четверть изделий и составит группу «Low Cost». Понятно, что сюда попадут и те специализированные микросхемы, в которых один или несколько параметров будут хуже среднего. Ничего страшного: это говорит только о том, что данная микросхема — «Low Cost» в своем классе, но не имеет отношения к «общему на-значению». «Общее назначение» должно быть «Low Cost» по определению, и если усилитель со средними параметрами сюда не попал, то это, скорее всего, маркетинговая ошибка (или, все же, есть какая-то специализация, незаметная с первого взгляда). Линейка недорогих ОУ и их параметры приведены в таблице 7 .

Таблица 7. Номенклатура и параметры недорогих ОУ компании Maxim

И действительно, значительная часть усилителей из данной таблицы относится к какому-либо из классов: маломощных, малошумящих, высокоскоростных ОУ (именно они отмечены в столбце «Low Cost» соответствующих таблиц). К «чистым» операционным усилителям общего назначения можно отнести LMX321, МАХ4245, МАХ4400/01, МАХ4480/01 и, соответственно, сдвоенные и счетверенные модификации этих семейств.
Отметим также, что компания Maxim выделяет семейства МАХ9910/11/12/13 и МАХ9915/16/17/18, как операционные усилители с наилучшим соотноше-нием «быстродействие — потребляемая мощность».

«Автомобильные» (Automotive) операционные усилители
Отметим, что под «автомобильными» ОУ понимается не отдельный класс устройств, а опция, позволяющая использовать конкретную микросхему в автомобильных приложениях (а именно, соответствие требованиям сертификата TS 16949). Поскольку среди них есть ОУ общего назначения, прецизионные, высокоскоростные и т.д., то номенклатура и параметры «автомобильных» ОУ не сведены в отдельную таблицу, а отмечены в столбце «Мсиол-пение Automotive» в таблицах соответствующих групп.

Операционные усилители в миниатюрных корпусах
Характерная для современной электроники тенденция к минимизации габаритов электронных устройств (в особенности мобильного сегмента) определяет необходимость минимизации и отдельных электронных компонентов. Компания Maxim, в применении к ОУ, к миниатюрным относит корпуса размером 2x2 мм и менее. К ним относятся корпуса UCSP (с размерами 1x1; 1x1,5; 1,5x1,5 и 1,5x2 мм), CS-70 (размер 2x2 мм) и uDFK (размер 2x2 мм). Поскольку «миниатюрные» являются не отдельным классом, а только вариантом исполнения, то они не сведены в отдельную таблицу, а отмечены в столбцах «Миниатюрные корпуса» соответствующих таблиц (в корпусе liDFX в настоящий момент выпускается только микросхема МАХ4166).

[Вернувшись к таблице 7, можно сделать вывод: исполнение в корпусе CS70 — хорошее решение для снижения стоимости микросхемы (по крайней мере, в тех критериях Low Cost, которые были оговорены выше).

Заключение
Подводя итоги обзора операционных усилителей компании Maxim, можно сделать выводы, что компания Maxim производит операционные усилители для всех востребованных потребителем групп и различных областей применения. Номенклатура каждой из групп достаточно широка для того, чтобы найти изделие с заданным значением ключевого параметра. Характеристики операционных усилителей Maxim в наиболее востребованных группах не уступают аналогичным параметрам в продуктах других ведущих производителей, а часто и превосходят их.

Литература
1. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств. — М: Додека-ХХI, 2005.
2. Страница http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3254

В настоящее время в мире изготавливаются сотни наименований интегральных ОУ. Все это многообразие можно разделить на группы, объединенные общей технологией и схемотехникой, точностными, динамическими или эксплуатационными характеристиками, причем эти группы могут пересекаться, т.е. включать общие элементы.

С точки зрения внутренней схемотехники операционные усилители можно разделить на биполярные, биполярно-полевые и КМОП (на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором). В биполярно-полевых ОУ полевые транзисторы с управляющим p-n переходом или МОП-транзисторы обычно используются в качестве входных в дифференциальном входном каскаде. За счет этого достигается высокое входное сопротивление и малые входные токи.

Большая часть номенклатуры ОУ относится к усилителям общего назначения . Это дешевые усилители среднего быстродействия, невысокой точности и малой выходной мощности. Обычные параметры: K U = 20 000 ё 200 000; U см = 0,1 ё 20 мВ; f т = 0,1 ё 10 МГц. Типичные примеры: 140УД6, 140УД8, 153УД6, LF411.

Быстродействующие усилители при средних точностных параметрах имеют высокие динамические характеристики (f т = 20 ё 1000 МГц, r = 10 ё 1000 В/мкс). Быстродействие ОУ ограничивает два обстоятельства. Во-первых, в состав входного дифференциального усилителя входят p-n-p-транзисторы, относительно низкочастотные из-за меньшей подвижности дырок по сравнению со свободными электронами. Во-вторых, скорость нарастания ограничена скоростью заряда корректирующего конденсатора С к. Влияние первого фактора устраняют, используя во входном каскаде более быстродействующие р-канальные полевые транзисторы. Увеличить скорость заряда С к можно либо увеличив ток дифференциального каскада, либо уменьшив емкость С к. В первом случае увеличивается ток потребления ОУ, а во втором ухудшается устойчивость. Повысить устойчивость можно, вводя дополнительные фазоопережающие звенья в схему усилителя или вне его. Как следствие, быстродействующие ОУ склонны к неустойчивости. Типичные примеры: 140УД10, 574УД3, 154УД4, ОРА634.

Прецизионные усилители имеют высокий дифференциальный коэффициент усиления по напряжению, малое напряжение смещения нуля и малый входной ток обычно при низком или среднем быстродействии. Увеличение K U возможно путем усовершенствования каскадов усиления по напряжению или применением трехкаскадной схемы (например, 551УД1), что усложняет частотную коррекцию. Радикально уменьшить смещение нуля позволяет применение модуляции-демодуляции (МДМ), либо периодическая компенсация дрейфа (прерывание). Типичные примеры: 140УД26, МАХ400М, ОРА227 (без прерывания), ICL7652, 140УД24, МАХ430 (с прерыванием).

Микромощные усилители используются в приборах, получающих питание от гальванических или аккумуляторных батарей. Эти усилители потребляют очень малый ток от источников питания (например, ОУ МАХ406 потребляет ток не более 1,2 мкА). Все другие параметры (особенно быстродействие) у них обычно невысокие. Для того, чтобы дать возможность проектировщику найти компромисс между малым потреблением и низким быстродействием некоторые модели микромощных ОУ выполняют программируемыми. Программируемый ОУ имеет специальный вывод, который через внешний резистор соединяется с общей точкой или источником питания определенной полярности. Сопротивление резистора задает ток системы токовых зеркал усилителя, которые выполняют функции генераторов стабильного тока и динамической нагрузки каскадов усилителя. Уменьшение этого резистора приводит к увеличению быстродействия ОУ и увеличению потребляемого тока. Увеличение - к обратному результату. Типичные примеры: 140УД12, 1407УД2, ОР22. Обычная величина тока потребления для микромощных и программируемых ОУ - десятки микроампер. Микромощные ОУ, как правило, допускают питание от весьма низких напряжений. Например, ОУ типа МАХ480 допускает работу от источников с напряжением от +/-0,8 до +/-18 В при токе потребления 15 мкА.

Если источник сигнала - однополярный (например, фотодиод), целесообразно использовать операционный усилитель с однополярным питанием . Это позволит питать усилитель от одной батареи или даже элемента, например, от литиевого элемента напряжением 3 вольта. Основное требование, предъявляемое к ОУ с однополярным питанием, - диапазон входного синфазного сигнала должен простираться ниже отрицательного напряжения питания (обычно привязанного к потенциалу земли), а размах выходного напряжения должен быть ограничен снизу практически напряжением питания (потенциалом земли). Существуют усилители, диапазоны входных и выходных напряжений которых почти достигают и верхней и нижней границы питания (так называемые, rail-to-rail вход и выход), причем входные напряжения могут даже заходить за эти границы. Типичные примеры: МАХ495, потребляющий от однополярного источника ток 150 мкА, LMV321, потребляющий ток 145 мкА, от источника 1,8 В.

Многие фирмы выпускают многоканальные усилители . Это микросхемы, имеющие на одном кристалле два, три или четыре однотипных ОУ. Например, ИМС типа 140УД20 имеет в своем составе два ОУ 140УД7. Микросхемы МАХ406/407/409 и ОРА227/2227/4227 включают, соответственно, один, два и четыре однотипных усилителя.

Мощные и высоковольтные операционные усилители. Большинство типов ОУ рассчитаны на напряжение питания +/-15 В. Некоторые допускают питание от источников вплоть до +/-22 В. Этого недостаточно для управления, например, пьезоэлектрическими преобразователями, для некоторых физических и биологических исследований. Поэтому промышленность производит высоковольтные ОУ , допускающие более высокие питающее и выходное напряжения. К высоковольтным относят операционные усилители, имеющие разность положительного и отрицательного питающих напряжений свыше 50 вольт. Проблема повышения напряжений в интегральных полупроводниковых (монолитных) ОУ связана с трудностью создания интегральных высоковольтных транзисторов и прочной изоляции между элементами в кристалле. Поэтому большинство ОУ с напряжением питания свыше 100 В изготавливаются в виде гибридных ИМС. В то же время, фирма Apex Microtechnology (США) производит полупроводниковые интегральные ОУ РА90, PA92 и РА94, с номинальным напряжением питания +/-200 В, выходным напряжением +/-170 В и выходным током до 14 А.

Операционные усилители общего применения обычно допускают выходной ток до 5 мА. Для управления мощной нагрузкой применяются мощные ОУ . К мощным обычно относят усилители, допускающие выходной ток свыше 500 мА. Примером полупроводникового интегрального мощного ОУ может служить LM12 с выходным током до 10 А и рассеиваемой мощностью до 90 Вт. Фирма Apex Microtechnology выпускает сверхмощный гибридный ОУ РА30, допускающий выходной ток до 100 А и способный отдать в нагрузку мощность до 2000 Вт при жидкостном охлаждении. Дальнейшее увеличение выходной мощности усилителей возможно путем использования режима класса D (ключевой режим). Рекордными являются характеристики гибридного усилителя фирмы Apex SA08 с широтно-импульсной модуляцией на частоте 22 кГц: 10 кВт при напряжении до 500 В и токе до 20 А. При этом КПД усилителя достигает 98%.

В табл. 1 приведены основные параметры некоторых моделей ОУ различных типов.

Таблица 1

Параметры	Операционные усилители общего применения
	140УД6	140УД7	140УД8	LF441
Напр. питания, В	+/-5 -+/-18	+/-5 -+/-18	+/-5 -+/-18	+/-5 -+/-18
Коэфф. усиления, В/мВ	50	50	50	25
КОСС, дБ	70	70	80	70
U см, мВ	6	4	20	5
Входн. ток, нА	50	200	0,2	0,1
Диф. вход. сопр., МОм	3	0,4	1000	-
f т, МГц	1	0,8	1	4
Скор. нараст., В/мкс	2,5	0,7	5	15
Ток потр., мА	4	3	5	0,25
Макс. вых. ток, мА	5	5	5	4
Вых. сопр. Rвых, Ом	150	150	200	-
Примечание			ОУ с ПТ на входе	ОУ с ПТ на входе

Параметры	Быстродействующие операционные усилители
	574УД3	154УД4	SL2541B	MAX437	ОРА641	AD8055
Напр. питания, В	+/-5 - +/-16,5	+/-5 - +/-17	+/-7 - +/-15	+/-4,5 - +/-18	+/-5 - +/-15	+/-5
Коэфф. усиления, В/мВ	50	8	10	7000	1	3
КОСС, дБ	80	70	47	112	-	82
U см, мВ	2	6	10	0,015	2	5
Входн. ток, нА	0,3	1200	10000	35	-	1000
Диф. вход. сопр., МОм	1000	1	-	-	-	10
f т, МГц	15	30	800	60	800	300
Скор. нараст., В/мкс	50	400	900	15	650	400
Ток потр., мА	3,5	7	25	4	-	5
Макс. вых. ток, мА	5	5	10	15	55	60
Вых. сопр. R вых, Ом	-	-	-	70	-	-
Примечание	ОУ с ПТ на входе				Устойчив при К>2	Двухканальный вариант - AD8056

Параметры	Прецизионные операционные усилители
	140УД21	MAX400	ICL7652	OPA177	LMC6001
Напр. питания, В	+/-12 - +/-20	+/-3 - +/-18	+/-2,5 -+/-8	+/-15	+/-5 - +/-15
Коэфф. усиления, В/мВ	1000	1000	6000	3000	5000
КОСС, дБ	120	120	120	-	75
U см, мВ	0,05	0,01	0,005	0,01	0,35
Входн. ток, нА	1	1	0,03	1,5	25 фA
Диф. вход. сопр., МОм	-	60	-	-	>1 ТОм
f т, МГц	3	0,6	0,45	0,4	1,3
Скор. нараст., В/мкс	2,5	0,3	0,6	0,1	1,5
Ток потр., мА	5	-	2	-	0,75
Макс. вых. ток, мА	-	5	-	12	20
Вых. сопр. R вых, Ом	-	60	-	-	-
Примечание	ОУ с прерыванием		ОУ с прерыванием		Сверхвысокое R вх

Параметры	Микромощные операционные усилители
	MAX438	MAX480	MAX406	AD8541	140УД12
Напр. питания, В	+/-3 -+/-5	+/-0,8 -+/-18	2,5-10	2,7-5,5	+/-1,5 - +/-18
Коэфф. усиления, В/мВ	6	1000	1000	300	50 25
КОСС, дБ	90	190	80	80	70
U см, мВ	0,5	0,075	0,5	5	5
Входн. ток, нА	2	3	0,1 пА	0,004	50 10
Диф. вход. сопр., МОм	90	30	-	-	50 5
f т, МГц	6	0,02	0,02	0,7	1 0,2
Скор. нараст., В/мкс	10	0,01	0,02	0,7	0,8 0,1
Ток потр., мА	0,075	0,015	0,0012	0,04	0,2 0,03
Макс. вых. ток, мА	3	1	-	25	2
Вых. сопр. R вых, Ом	-	-	-	-	1000 5000
Примечание		Может работать с одним источником	Один источник	Есть сдвоенный и счетверенный варианты	I у =15 мкА I у =1,5 мкА Программируемый

Параметры	Высоковольтные и мощные операционные усилители

Компания Maxim/Dallas выпускает широкую номенклатуру радиоэлектронных компонентов, в том числе и операционных усилителей. В статье кратко описываются так называемые "rail-to-rail" операционные усилители, допускающие изменение входного синфазного сигнала от нуля до напряжения источника питания при однополярном питании или от отрицательного до положительного источника при двуполярном и обеспечивающие выходное напряжение в том же диапазоне.

Операционные усилители, допускающие изменение входных синфазных сигналов в полном диапазоне питающих напряжений, очень удобны во многих областях применения. Компания Maxim/Dallas выпускает более 150 типов таких ОУ. Для первичного ознакомления рассмотрим приборы, работающие при напряжения питания 2,85 В и менее, имеющие в корпусе один или два ОУ и выпускаемые в корпусах для поверхностного монтажа SC70 и SOT. Перечень таких микросхем приведен в табл. 1, а схематическое изображение корпусов и разводка выводов - на рис. 1.

В таблице приняты следующие обозначения:

N - число ОУ в корпусе; ShDn - возможность выключения ОУ по входу Shutdown; К У МИН - минимальный коэффициент усиления, при котором сохраняется его устойчивость; U ПИТ - диапазон питающих напряжений при однополярном питании; I ПИТ МАХ - максимальный ток потребления микросхемы; U СМ - напряжение смещения нуля; КОС.СФ - коэффициент ослабления входного синфазного напряжения; КВЛ.ИП - коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения; I ВХ - входной ток; f1 - частота единичного усиления; V UВЫХ - максимальная скорость нарастания выходного напряжения; U Ш - спектральная плотность шумового напряжения, приведенная к входу; I Ш - спектральная плотность шумового входного тока; f Ш - частота, на которой нормируются UШ и IШ.

Цена микросхем указана для покупки в США партии не менее 1000 шт.

ассмотрим некоторые особенности перечисленных в табл. 1 операционных усилителей. Все они обладают очень полезным свойством - при перегрузке по входам полярность выходного сигнал не меняется. Большинство усилителей имеет на входе резистивно-диодную защитную цепь (рис. 2), резко снижающую входное сопротивление при превышении входным сигналом уровня порядка 2 В. Для некоторых микросхем пороговое напряжение, при котором происходит снижение входного сопротивления, существенно ниже, поскольку у них в защитной цепи только два диода, а не шесть.

Рис. 2

Операционные усилители МАХ4122 и МАХ4124 на нагрузке 250 Ом обеспечивают выходное напряжение, лишь на 300 мВ не доходящее до напряжения питания. Аналогичными свойствами обладает ОУ МАХ4130.

ОУ МАХ4162 имеет уникальное входное сопротивление для дифференциального сигнала - более 1013 Ом. Напряжение питания этой микросхемы может достигать 10 В. В ОУ нет защитной входной цепи, а синфазный входной сигнал может заходить за уровни напряжения питания на 250 мВ. Таким же свойством обладают и некоторые другие ОУ.

КМОП ОУ микросхем МАХ4230-МАХ4232 обеспечивают выходной ток до 30 мА и скорость нарастания выходного сигнала до 10 В/мкс.

Микросхема МАХ4240 может гарантированно работать при напряжении питания 1,8 В, потребляя при этом менее 18 мкА. Синфазный входной сигнал может заходить за уровни напряжения питания.

Микросхемы МАХ4321-МАХ4323 могут работать на нагрузку 250 Ом.

КМОП ОУ МАХ4490 и МАХ4491 обладают минимальным уровнем шумов.

Большинство серий микросхем, перечисленных в табл. 1, имеют продолжения в виде приборов, содержащих по два и четыре ОУ в одном корпусе.

Следует отметить, что сайт компании Maxim/Dallas очень удобен для подбора радиоэлементов. Из имеющегося обилия однотипных компонентов можно автоматически отобрать нужные по заданным параметрам - числу ОУ в корпусе, напряжению питания, быстродействию, смещению нуля, коэффициенту усиления и по всем другим функциональным возможностям. Список отобранных компонентов можно отсортировать по возрастанию или убыванию величины какого-либо параметра, а щелкнув по обозначению микросхемы, получить справочные данные (data sheet), а также модели для отобранных микросхем.

Основанная в 1959 году фирма National Semiconductor прошла огромный путь от производства первых дискретных транзисторов до сложнейших компонентов современных информационных устройств. Располагая возможностями создания приборов с уровнем интеграции от базовых стандартных блоков и однокристальных систем до высокопроизводительных многокристальных и многофункциональных комплектов и сочетая технологии аналоговой и цифровой техники, фирма реализует оптимальные решения для потребительского и коммуникационного рынков в широком диапазоне номенклатуры изделий. Заслуживают внимания, также, и базовые элементы аналоговой электроники, разработанные и выпускаемые National Semiconductor, в частности интегральные операционные усилители, которые значительно менее популярны в России, чем, например, изделия фирмы Analog Devices, хотя в большинстве случаев они ни в чем не уступают последним при существенно более низкой цене. Операционные усилители (ОУ) National Semiconductor по ряду параметров можно условно делятся на несколько семейств (групп), частично это разделение проявляется в системе маркировки микросхем, используемой фирмой. Это:

1. Усилители общего применения (General Purpose - LM).

2. Быстродействующие (High Speed - LMH) - частота единичного усиления более 50 МГц.

3. Маломощные (Low Power - LP, LPV) - ток потребления менее 1,5 мА.

4. Микромощные (Micro Power - LP, LPV) - ток потребления менее 25 мкА.

5. Низковольтные (Low Voltage - LMV) - напряжение питания менее 3 В.

6. Прецизионные (Precision) - коэффициент усиления более 100 дБ, напряжение смещения менее 1 мВ.

7. Малошумящие (Low Noise) - напряжение шумов менее 10 нВЦ Гц.

8. Мощные (High Output Power) - выходной ток более 100 мА.

9. С входным и выходным напряжением, близким к напряжению питания (IO Rail to Rail).

Данное разделение по понятным причинам не является строгим, буквенная классификация также не всегда соблюдается, ОУ может быть одновременно быстродействующим, малошумящим, с выходным напряжением, близким к напряжению питания и т.п. Кроме того, микросхемы одного типа выпускаются в различных корпусах и исполнениях - для общего применения (commercial), для промышленного применения (industrial) и для специального, читай - военного применения (military), отличающихся по ряду параметров, в частности, по диапазону рабочих температур. Следует также отметить, что наряду с освоением производства новых изделий, фирма непрерывно занимается усовершенствованием и развитием выпускаемых ранее, что хорошо видно, например, на широко известном недорогом и очень популярном семействе маломощных ОУ LM321/358/324 (одиночный/сдвоенный/счетверенный) с током потребления 0,2 - 0,4 мА на канал. Выпускается ряд их модификаций: LP324/LP2902 - счетверенные микромощные с током потребления 21 мкА, LMV321/358/324 - низковольтные, с напряжением питания от 2,7 В до 5,5 В, LPV321/358/324 , изготавливаемые по фирменной технологии BICMOS - микромощные низковольтные с током потребления 9 мкА и т.д.

Продолжая рассмотрение мало- и микромощных ОУ National Semiconductor, перейдем к описанию последних разработок фирмы.

Усилитель LM7301 , выпускаемый в миниатюрном корпусе SOT23-5, занимающем в 2 раза меньшую площадь, чем SOIC-8, рассчитанный на однополярное питание в диапазоне напряжений от 1,8 В до 32 В при потребляемом токе 0,6 мА. Он имеет "супер" Rail to Rail вход (от -0,25 В до +5,25 В при напряжении питания +5 В) и Rail to Rail выход и прекрасно подходит для использования во всевозможной портативной аппаратуре, модемах, PCMCIA картах портативных ПК и т.п.

Усилители LMV751 и семейство LMV821/2/4 (одиночный/сдвоенный/ счетверенный) предназначены для применения в портативной радиочастотной аппаратуре, переносных ПК и т.п. LMV751 - это прецизионный малошумящий ОУ (уровень шума 6,5 нВ/Ц Гц) с частотой единичного усиления 5 МГц и небольшим напряжением смещения 1 мВ. Работает при однополярном питании от 2,7 до 5,5 В и потребляет ток 0,6 мА. LMV821 при том же напряжении питания потребляет ток 0,3 мА на канал, частота единичного усиления равна 6,5 МГц, но у него больше шумы, напряжение и ток смещения. Одиночные усилители выпускаются в миниатюрных корпусах SOT23-5.

LMV771 - малошумящий недорогой прецизионный ОУ с расширенным от -40 до +125 °C диапазоном рабочих температур. Работает при однополярном питании напряжением от 2,7 до 5,5 В и потребляет ток 0,6 мА, обеспечивая коэффициент усиления 100 дБ при уровне шумов 9 нВнВ/Ц Гц. Усилитель имеет небольшое 0,85 мВ напряжение смещения, нормируется также его температурный дрейф во всем диапазоне температур 0,35 мкВ/°C. Допускает подачу на вход синфазного напряжения от 0 В. Частота единичного усиления составляет 3,5 МГц. Выпускается в миниатюрном корпусе SC70-5 размером 2x2x1 мм.

Серия усилителей LM6132-42 предназначены для использования в быстродействующих устройствах с батарейным питанием. LM6132/4 (сдвоенный/счетверенный) - ОУ с внутренней коррекцией с однополярным питанием, в котором достигнуто великолепное соотношение скорости нарастания выходного напряжения к потребляемой мощности. Достоинством микросхемы является также широкий диапазон напряжений питания от 2,7 В до 24 В, Rail to Rail вход и выход и высокий коэффициент подавления синфазных сигналов. При частоте единичного усиления 10 МГц, потребляемый ток составляет всего 360 мкА, что делает данный ОУ незаменимым в портативных устройствах, таких как инструментальные усилители, радиоприемники и передатчики, драйверы дисплеев и т.п. LM6142/4 - аналогичен LM6132/4 , но работает в более широком диапазоне питающих напряжений от 1,8 В до 24 В, обладает более высоким усилением 108 дБ и коэффициентом подавления синфазных сигналов 107 дБ, частота единичного усиления составляет 17 МГц при токе потребления 650 мкА. Выпускаются в корпусах SOIC и MDIP, а также в корпусе CDIP c диапазоном рабочих температур от -55 до 125 °C.

Представляют интерес супернизковольтные ОУ LMV931/2/4 (одиночный/сдвоенный/счетверенный), работающие при напряжениях питания от 1,5 до 5,5 В, ориентированные на применение в устройствах с питанием от одного Li-Ion элемента. Благодаря использованию миниатюрных корпусов, ОУ легко встраиваются в мобильные телефоны и компьютерные платы. Усилители имеют Rail to Rail вход и выход, небольшой потребляемый ток 100 мкА на канал и обеспечивают частоту единичного усиления 1,4 МГц. Коэффициент усиления на нулевой частоте без ОС 101 дБ. Скорректированы для устойчивой работы при любом коэффициенте усиления, а также при емкостной нагрузке до 1000 пФ. Работают в диапазоне температур от -40 до +125 °C. Одиночные ОУ выпускаются в миниатюрных корпусах SC70-5 и SOT23-5, сдвоенные - в корпусах MSOP-8 и SOIC-8, счетверенные - в корпусах TSSOP-14 и SOIC-14.

Усилители серии LMC , изготовленные по технологии КМОП, также относятся к категории мало- и микромощных. Их характерная особенность - ничтожно малые входные токи и, соответственно - работа в электрометрических устройствах, приборах для измерения токов утечки, различной научной аппаратуре и т.п. Например, для прецизионного усилителя LMC6001 типовое значение входного тока 25 фА (ф - фемто 10 -15). Примечательна методика, используемая фирмой для тестирования только что изготовленных усилителей - 3 раза подряд в первую минуту; приборы, показывающие входной ток более 25 фА, отбраковываются. Данный усилитель обладает очень низким уровнем шумов 25 нВ/Ц Гц. Имеется защита от электростатического потенциала до 2000 В. Выпускается в корпусе MDIP.

Номенклатура усилителей серии LMC достаточно широка. Маломощные усилители LMC6022/4 (сдвоенный/счетверенный) выполнены по фирменному технологическому процессу Double-Poly Silicon-Gate и могут работать при одно- и двухполярном питании размахом до 15 В. Они имеют Rail to Rail выход и низкое энергопотребление 40 мкА на канал. Более быстродействующие усилители с Rail to Rail выходом LMC6032/4 при весьма низкой цене имеют очень высокий коэффициент усиления 126 дБ. При потребляемом токе 0,4 мА частота единичного усиления составляет 1,4 МГц, а скорость нарастания выходного напряжения 1,1 В/мкс. Низковольтные ОУ LMC6035/6 с Rail to Rail выходом могут работать при однополярном питании от 2,7 В (например от 3-х NiCd аккумуляторов), что делает их весьма подходящими для портативных систем с автономным питанием. В остальном их параметры аналогичны LMC6022/4. Усилители выпускаются в различных корпусах.

Микромощные усилители LMC6041/2/4 с током потребления 14 мкА на канал имеют рекордно малый входной ток 2 фА, Rail to Rail выход и могут работать при однополярном питании от 4,5 до 15,5 В, обеспечивая при этом выходной ток до 21 мА. Эти усилители прекрасно работают в системах контроля питания, детекторах излучений, различном научном оборудовании.

Схожие энергетические параметры имеют прецизионные усилители LMC6061/2/4 , которые благодаря низкому значению напряжения смещения 100 мкВ и высокому коэффициенту усиления 140 дБ прекрасно подходят для использования в инструментальных усилителях с автономным питанием, медицинской и научной аппаратуре. Отметим, что одиночный (LMC6061) и сдвоенный (LMC6062) усилители этой серии выпускаются и в корпусах CDIP, при этом диапазон рабочих температур составляет -55 - +125 °C.

Более скоростные прецизионные ОУ LMC6081/2/4 при частоте единичного усиления 1,3 МГц и скорости нарастания выходного напряжения 1,5 В/мкс потребляют от однополярного источника питания напряжением от 4,5 до 16 B ток 0,45 мА. Они также имеют большой коэффициент усиления 130 дБ и низкое напряжение смещения 150 мкВ. Усилители выпускаются в корпусах SOIC и MDIP.

Маломощные ОУ LMC6482/4 (сдвоенный/счетверенный) - типичные в своем классе усилители с Rail to Rail входом и выходом. Работают в диапазоне напряжений питания от 3 до 15 В, потребляя ток 0,5 мА на канал и обеспечивают выходной ток до 30 мА. Предназначены для использования в различной аппаратуре с низким энергопотреблением. В настоящее время выпускаются одиночный ОУ LMC7101 в корпусе SOT-23 с параметрами, аналогичными LMC6482 , и его усовершенствованный вариант LMC8101 в корпусах microSMD и miniSOIC. Последний имеет режим блокировки (Shutdown) со временем включения 10 мкс, ток потребления в котором не превышает 1 мкА.

LMC6462/4 - микромощная версия LMC6482/4 с током потребления 0,02 мА. В настоящее время выпускается одиночный ОУ LMC7111 в корпусе SOT-23-5 с параметрами, аналогичными LMC6462.

Усилители LMC6492/4 (сдвоенный/счетверенный) с расширенным температурным диапазоном -55 до +125 °C применяются в автомобильной электронике. Их параметры в основном такие же как и у LMC6482/4 . Выпускаются в корпусе SOIC.

Усилители LMC6572/4 (сдвоенный/счетверенный), предназначены для работы в цифровых устройствах с низким напряжением питания и обеспечивают сочетание весьма высоких параметров - входной ток 20 фА и коэффициент усиления 120 дБ при энергопотреблении 40 мкА на канал и питании от источника 2,7 В. Имеют Rail to Rail выход и выпускаются в корпусах MSOP.

Завершая раздел мало- и микромощных усилителей рассмотрим cверхэкономичный с током потребления менее 1 мкА на канал сдвоенный ОУ LMC6442 . Он скорректирован для устройств с коэффициентом усиления более 2 (менее -1) и предназначен для использования в широком классе аппаратуры со сверхмалым энергопотреблением - мобильных телефонах и пейджерах, датчиках контроля, научных приборах и т.п. Работает при однополярном питании от 1,8 до 11 В. Выпускается в корпусах MSOP-8 и других.

Отдельного рассмотрения заслуживает сдвоенный операционный усилитель LM833 , специально предназначенный для использования в высококачественной аудиоаппаратуре. Он имеет чрезвычайно широкий динамический диапазон - более 140 дБ при уровне шумов 4,5 нВ/Ц Гц и крайне малые нелинейные искажения 0,002%. Усилитель скорректирован для любого коэффициента усиления и идеально подходит для всевозможной Hi-Fi - Hi-End техники. Выпускается в 8-и выводных корпусах SOIC и MDIP.

Перейдем далее к обзору быстродействующих ОУ National Semiconductor. Надо сказать, что в их разработке и производстве фирма достигла очень высоких результатов, и по многим параметрам они превосходят аналогичные изделия других производителей. Отметим, что в настоящее время существует две разновидности быстродействующих операционных усилителей - наряду с ОУ, построенными по традиционной схемотехнике с использованием обратных связей по напряжению Voltage Feedback Amplifiers (VFA), широко применяются усилители c входными каскадами - усилителями тока со взаимными связями. Данные усилители получили название "усилители с токовой обратной связью - Current Feedback Amplifiers (CFA)". Основной передаточный параметр таких усилителей - коэффициент, имеющий размерность сопротивления Transimpedance, а область применения - всевозможные импульсные усилители и видеоусилители, для которых гигантское входное сопротивление традиционных ОУ не востребовано, а на первый план выступает максимальная скорость нарастания выходного напряжения и частота единичного усиления, значения которых у CFA значительно превосходят соответствующие параметры у VFA.

Мы начнем с ОУ, использующих обычную схемотехнику VFA. Семейство LMH6645/6/7 (одиночный/сдвоенный/одиночный с блокировкой) - низковольтные маломощные быстродействующие Rail to Rail усилители с током потребления 650 мкА на канал. В режиме блокировки (LMH6647) токопотребление снижается до 50 мкА. Частота единичного усиления 55 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 22 В/мкс, типовое значение выходного тока 20 мА. Это типичные в своем классе современные усилители, пригодные для применения во многих электронных устройствах.

Усилители LM6152/4 , продолжающие серию LM6132-42 , предназначены для использования в быстродействующих устройствах с батарейным питанием. При потребляемо м токе 1,4 мА частота единичного усиления составляет 75 МГц, а скорость нарастания выходного напряжения 30 В/мкс

Более высокие параметры имеют ОУ LMH6642-55 - относительно недорогие высокоскоростные современные Rail to Rail операционные усилители с хорошим соотношением быстродействие/потребляемая мощность. Работают при одно- и двухполярном питании размахом до 12 В.

Усилители LMH6642/3/4 (одиночный/сдвоенный/счетверенный) - это современные быстродействующие ОУ с типичными для своего класса параметрами. Потребляемый ток 2,7 мА на канал, частота единичного усиления 130 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 130 В/мкс, типовое значение выходного тока 115 мА. Малое время установки выходного напряжения и низкие искажения, эффективная защита от короткого замыкания, Rail to Rail вход и выход и выводы для балансировки делают эти микросхемы оптимальными для использования во многих современных электронных устройствах. Выпускаются в корпусах SOIC, miniSOIC и SOT-23. Можно использовать в качестве замены LM6152/4 .

Широкополосный (190 МГц, 170 В/мкс) Rail to Rail усилитель с однополярным питанием LMH6639 способен обеспечить выходной ток 190 мА. Имеется режим блокировки (Shutdown) с временем включения 85 нс, в котором ток потребления снижается до 400 мкА. Вкупе с малым временем установки выходного напряжения 33 нс, данный усилитель прекрасно подходит для работы в устройствах с мультиплексированием, в качестве буферного усилителя, устройствах привода CD ROM и т.п.

Заслуживает внимания быстродействующий сдвоенный усилитель LMH6672 с максимальным выходным током 600 мА. Усилитель скорректирован для коэффициента усиления 2 и более, обеспечивая полосу пропускания 130 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 160 В/мкс. Диапазон напряжений питания от 5 до 12 В, потребляемый ток 6,2 мА на канал. ОУ имеет малый уровень шумов, предусмотрена балансировка. Выпускается в корпусах SOIC, PSOP и LLP. Предназначен для использования в качестве магистрального усилителя, а также в модемах и аналогичных устройствах. Можно использовать для замены LM6181/2, LM7171 и LM7372.

Усилители LMH6654/5 (одиночный/сдвоенный) более широкополосные. Ток потребления 4,5 мА на канал, частота единичного усиления 250 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 200 В/мкс, типовое значение выходного тока 180 мА. Они имеют низкий уровень входных шумов 4,5 нВ и 1,7 пА, малое время установки выходного напряжения 25 нс и могут быть использованы в различных устройствах. Выпускаются в корпусах SOIC-8, а также SOT23-5 (LMH6654) и MSOP-8 (LMH6655).

Усилители LMH6657/8 и LMH6682/3 - сравнительно недорогие сверхскоростные ОУ с однополярным питанием от 3 до 12 В. Выпускаются с использованием фирменной технологии VIPTM10. Удобны для применения в устройствах обработки видеосигналов и в сервоприводах CD/DVD так как имеют малое время установки и не допускают инверсии фазы выходного напряжения при превышении допустимых значений входного напряжения (LMH6682/3), что позволяет существенно упростить схемотехнику подобных устройств.

Усилители LMH6657/8 (одиночный/сдвоенный) скорректированы для работы с единичным коэффициентом усиления, обеспечивая при этом олосу пропускания 270 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 700 В/мкс. Потребляемый ток 6,2 мА на канал, выходной ток +80/-90 мА.

Усилители LMH6682/3 (сдвоенный/строенный), обеспечивают скорость нарастания выходного напряжения 940 В/мкс при полосе пропускания 190 МГц. Следует отметить, что данные усилители обладают очень малыми коэффициентами искажений типа "дифференциальная фаза" - 0,08% и "дифференциальное усиление" - 0,01 дБ, что является весьма важным для высококлассной видеотехники. Выпускаются в различных корпусах.

Для работы в различных видеоустройствах предназначены сверхбыстродействующие усилители со скоростью нарастания выходного напряжения более 1000 В/мкс. В серии LM это LM6171/2 и LM6181/2 (единичный/сдвоенный), изготовленные с использованием фирменной технологии VIPTM11. Первый из них выполнен по схемотехнике VFA и обеспечивает при потребляемом токе всего 2,5 мА скорость нарастания выходного напряжения 3600 В/мкс при частоте единичного усиления 100 МГц. LM6181/2 выполнен по схемотехнике с токовой обратной связью CFA и обеспечивает выходное напряжение +10 В при сопротивлении нагрузки 100 Ом. Скорость нарастания выходного напряжения составляет 2000 В/мкс при частоте единичного усиления 100 МГц. Описанные усилители при том, что относятся к категории "с мощным выходом" - High Output - максимальное значение выходного тока достигает 130 мА, имеют очень малые искажения типа "дифференциальное усиление" и "дифференциальная фаза" и могут найти применение в видеоаппаратуре стандартов NTSC и PAL, высокочастотных фильтрах и т.п. Они также выпускаются в корпусах SOIC и MDIP.

Усилитель LMH6609 предназначен для использования в аналоговых преобразователях и фильтрах. При частоте единичного усиления 900 МГц и скорости нарастания выходного напряжения 1400 В/мкс, он потребляет от однополярного источника питания напряжением 10 В ток 7 мА. Усилитель полностью скорректирован, имеет очень низкий уровень шумов 3,1 нВ/Ц Гц и большой выходной ток 90 мА. Выпускается в 8-выводном корпусе SOIC и 5-и выводном SOT.

Очень низкий уровень шумов и высокие рабочие частоты имеют усилители LMH6622-28 . У LMH6624 этот параметр составляет 0,92 нВ/Ц Гц и 2,3 пА/Ц Гц, а частота единичного усиления 1500 МГц. Усилитель скорректирован для использования в устройствах с коэффициентом передачи 10 и более и предназначен для применения в технике связи и медицинской аппаратуре. Малые шумы и погрешности характерны для сдвоенного широкополосного усилителя LMH6628 , у которого относительный уровень 2-й/3-й гармоники на частоте 10 МГц составляет -65/-74 дБ соответственно, а время установки выходного напряжения с точностью 0,1% - 12 нс. Это делает данный усилитель незаменимым при разработке быстродействующих аналоговых преобразователей и устройств ввода-вывода.

Для использования в портативной видеоаппаратуре и видеокартах ПК предназначен усилитель LM7121 , выпускаемый в корпусе SOT23-5. Параметры усилителя весьма высоки: частота единичного усиления 175 МГц, скорость нарастания выходного напряжения - 1300 В/мкс. Он может работать как при однополярном +5В питании, так и двухполярном в диапазоне от +5 В до +15 В.

Рекордными параметрами обладают сверхскоростные операционные усилители LM7171 (одиночный) и LM7372 (сдвоенный). Выполненные по схемотехнике с обратной связью по напряжению, они имеют параметры, свойственные усилителям с токовой обратной связью - скорость нарастания выходного напряжения 4100 В/мкс, частота единичного усиления 200 МГц, выходной ток 100 мА (LM7171) и 3000 В/мкс, 120 МГц, 150 мА соответственно для LM7372 при потребляемом токе 6,5 мА на канал. Усилители скорректированы для коэффициента усиления по напряжению более 2. Обладая минимальными искажениями "дифференциальное усиление и фаза" 0,01% и 0,02o, эти усилители прекрасно подходят для применения в видеотехнике, аппаратуре кабельных и оптических линий связи, системах радио и телевизионного вещания. Выпускаются в различных типах корпусов.

Серия сверхскоростных ОУ LMH67xx выполнена по фирменному технологическому процессу VIPTM10 по схемотехнике с токовой обратной связью CFA и предназначена для использования в широкополосных радио и телесистемах. Обзор этих микросхем мы начнем с LMH6702 - малошумящего (напряжение шумов, приведенное ко входу 1,83 нВ) ОУ с рекордно низким уровнем гармонических (-100 дБ на частоте 5 МГц) и интермодуляционных искажений, полосой пропускания 720 МГц и скоростью нарастания выходного напряжения 3100 В/мкс. Столь высокие параметры ориентируют применение LMH6702 в системах с высоким разрешением и контрольно-измерительной аппаратуре. Выпускается в корпусах SOIC и SOT-23.

Семейство усилителей LMH6714/15/20/22 (одиночный/сдвоенный/с блокировкой/счетверенный) с полосой пропускания 400 МГц при коэффициенте усиления 2 и скорости нарастания выходного напряжения 1800 В/мкс при потребляемом токе 5,6 мА предназначены, в основном, для использования в видеосистемах. Высокоимпедансное выходное состояние усилителя LMH6720, переключаемое за 7 нс TTL уровнем, очень удобно для мультиплексирования нескольких высокоскоростных сигналов на общую линию передачи. Счетверенный усилитель LMH6722 может быть эффективно использован в многоканальных УПЧ и активных фильтрах высоких порядков. Выпускаются в различных корпусах.

Усилитель с однополярным питанием от 4,5 до 12 В LMH6723 сочетает высокую экономичность (потребляемый ток 1 мА) с широкой полосой пропускания 370 МГц, высокой скоростью нарастания выходного напряжения 600 В/мкс и большим выходным током 110 мА, что делает его незаменимым для портативных видеоустройств и всевозможных преобразователей с автономным питанием, магистральных усилителей, портативных CD-DVD плейеров и т.п. Выпускается в корпусах SOIC и SOT23.

Завершая раздел, мы рассмотрим широкополосный ОУ LMH6732 с регулируемой от 0 до 1,5 ГГц полосой пропускания. Изменяя сопротивление одного внешнего резистора, можно варьировать потребляемый ток более чем в 10 раз, а также переводить микросхему в дежурный режим с током потребления 1 мкА. Параметры микросхемы уникальны при всех значениях потребляемого тока: полоса частот 55 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 400 В/мкс, выходной ток 9 мА при потребляемом токе 1 мА и 540 МГц, 2700 В/мкс и 115 мА соответственно при потребляемом токе 9 мА. Усилитель способен работать при одно- и двухполярном питании размахом от 9 до 12 В. Область предполагаемых применений крайне широка - видеотехника, системы с батарейным питанием, коммутационные устройства и т.п. Отметим, что для сокращения времени проектирования устройств с LMH6732 фирма National Semiconductor предлагает к нему демонстрационную плату.

Таким образом, широкая номенклатура интегральных операционных усилителей National Semiconductor и их невысокая стоимость делает их весьма привлекательными для широкого круга разработчиков РЭА России. Более подробную техническую информацию можно найти на сайте фирмы http://www.national.com .

Исполнение			Корпус	Диапазон температур	Диапазон напряжения питания		Потребляемый ток на один канал	Выходной ток	Тип входа и выхода	Входной ток	Напряжение смещения		Температурный коэффициент напряжения смещения	Коэффициент усиления	Коэффициент подавления синфазного сигнала	Коэффициент влияния нестабильности источников питания	Частота единичного усиления.	Скорость нарастания.	Напряжение шумов
					Supply Voltage		I quies	I out	In - Out	I bias	U offset		Drift	A vo	CMRR	PSRR	BW	SR	e noise
Single(одиночный)	Doble(сдвоенный)	Quad(счетверенный)	Package		В		мА	мА	R to R	нА	мВ		мкВ/C	дБ	дБ	дБ	МГц	В/мкс	нВ/Ц Гц
					мин	макс	макс	макс		тип	тип	макс	тип	тип	тип	тип	тип	тип	тип
		LP324	SO, TSSOP, MDIP	C	±1,5; +3,0	±16,0; +32	0,021	4,0	Out	2,0	2,0	9,0	-	100	90	90	0,10	0,05	80
		LP2902	SO, MDIP	I	±1,5; +3,0	±13,0; +26	0,021	4,0	Out	2,0	2,0	10	-	97	90	90	0,10	0,05	80
LMV321	LMV358	LMV324	SO, MSO, TSSOP, SC-70, SO-23	I	+2,7	+5,5	0,13	60	Out	11	1,7	7,0	5,0	100	65	60	1,0	1,0	39
LPV321	LPV358	LPV324	SO, MSO, TSSOP, SC-70, SO-23	I	+2,7	+5,0	0,0090	17	Out	1,7	1,2	7,0	2,0	100	70	65	0,15	0,10	-
LM7301			SO, SOT-23	I	±0,9; +1,8	±16; +32	0,6	9,5	In and Out	90	0,03	6,0	2,0	97	90	104	4,0	1,25	36
LMV821	LMV822	LMV824	SO, MSO, TSSOP, SC-70, SO-23	Ext I	+2,5	+5,5	0,30	40	Out	30	1,0	3,5	1,0	100	85	85	6,5	2,0	24
LMV931	LMV932	LMV934	SO, MSO, TSSOP, SC-70, SO-23	Ext I	+1,5	+5,5	0,16	75	In and Out	15	1,0	6,0	2,0	100	78	100	1,0	0,45	45
LMV771			SC-70	Ext I	±1,5; +2,5	±3,0; +6,0	0,60	66	Out	0,000100	0,3	1,0	0,35	100	90	90	3,5	1,4	9,0
LMV751			SOT-23	I	+2,7	+5,5	0,60	15	Out	0,001500	0,05	1,0	-	120	100	107	5,0	2,3	6,5
LMC6001			MDIP	I	±2,3; +4,5	±7,7; +16	0,45	21	Out	0,000010	0,35	1,00	2,5	123	83	83	1,3	1,5	22
	LMC6022	LMC6024	SO	I	±2,3; +4,5	±8,0; +16	0,04	40	Out	0,000040	1,0	9,0	2,5	120	83	83	0,35	0,11	42
	LMC6032	LMC6034	SO, MDIP	I	±2,3; +4,5	±8,0; +16	0,38	40	Out	0,000040	1,0	9,0	2,3	126	83	83	1,4	1,1	22
	LMC6035	LMC6036	SO, TSSOP	I	+2,7	+16	0,40	5,0	Out	0,000020	0,50	5,0	2,3	126	96	93	1,4	1,5	27
LMC6041	LMC6042	LMC6044	SO, MDIP	I	+4,5	+16	0,014	21	Out	0,000002	3,0	6,0	1,3	120	75	75	0,075	0,020	83
LMC6061	LMC6062	LMC6064	SO, CDIP	I, M	+4,5	+16	0,020	21	Out	0,000010	0,35	0,80	1,0	132	85	85	0,10	0,035	83
LMC6081	LMC6082	LMC6084	SO, MDIP	I	+4,5	+16	0,45	21	Out	0,000010	0,35	0,80	1,0	124	85	85	1,3	1,5	22
	LMC6442		SO, MSO, MDIP	I	+1,8	+11	0,0010	0,90	Out	0,000005	3,0	7,0	0,4	103	92	95	0,010	0,0040	-
	LMC6462	LMC6464	SO, MSO, CDIP	I, M	+3,0	+15	0,020	27	Out	0,000015	0,50	1,5	1,5	124	85	85	0,050	0,015	80
LMC7111			SOT-23,MDIP	I	+2,7	+11	0,025	7,0	In and Out	0,000100	3,0	7,0	2,0	112	85	85	0,050	0,027	-
	LMC6482	LMC6484	SO, MSO, CDIP	I, M	+3,0	+15	0,50	30	In and Out	0,000020	0,75	3,0	1,0	116	82	82	1,5	1,3	37
LMC7101			SOT-23	I	+2,7	+15	0,50	24	In and Out	0,001000	3,0	7,0	1,0	110	75	80	1,1	1,1	37
LMC8101			MSMD, MSOP	I	+2,7	+10	0,70	49	In and Out	0,001000	0,70	5,0	4,0	80	80	80	1,0	1,0	22
	LMC6492	LMC6494	SO	I	+5,0	+15	0,50	22	In and Out	0,000150	3,0	6,0	1,0	110	82	82	1,5	1,3	37
	LMC6572	LMC6574	SO	I	+2,7	+10	0,038	6,0	Out	0,000020	3,0	7,0	1,5	120	75	75	0,22	0,09	36
	LM833		SO, MDIP	C	±4,5	±18	2,5	40	No	500	0,30	5,0	-	110	100	100	15	7,0	4,5
	LM6132	LM6134	SO, MDIP	I	+1,8	+24	0,5	4,3	In and Out	110	2,0	6,0	5,0	100	100	82	10	14	27
	LM6142	LM6144	SO, MDIP	I	+1,8	+24	0,8	6,2	In and Out	180	1,0	2,5	3,0	108	107	87	17	25	16
LMH6645/7	LMH6646		SO, SOT-23	I	±2,5; +3,0	±6,0; +12	0,70	20	In and Out	360	1,0	4,0	5,0	87	77	83	55	22	17
	LM6152	LM6154	SO, MDIP	I	+2,7	+24	2,0	8,0	In and Out	500	2,0	5,0	10	107	84	91	75	30	9,0
	LMH6622		SO, MSO	I	±2,5	±6,3	4,3	90	No	4700	0,20	1,2	2,5	83	100	95	160	80	1,6
LM6171	LM6172		SO, MDIP	I	±5; +2,7	±16; +18	4,0	135	No	1000	3,0	6,0	6,0	99	110	95	100	3600	-
LM6181	LM6182		SO, MDIP	I	±3,5	±16	7,5	130	No	2000	2,0	4,0	5,0	-	60	80	100	1400	4,0
LM7121			SO, SOT-23	I	±5; +2,7	±18; +15	4,8	52	No	5200	0,90	8,0	-	72	93	70	175	1300	17
LM7171			SO, MDIP, CDIP	I, M	±2,7	±18	6,5	100	No	2700	1,0	3,0	35	81	105	90	200	4100	14
	LM7372		LLP, SO, PSOP	I	±4,5	±18	6,5	150	No	2700	8,0	10	12	80	93	90	120	3000	14
LMH6609			SO, SOT-23	I	±3,0	±6,3	7,0	90	No	2000	0,8	3,5	-	-	73	73	180	1400	3,1
LMH6624	LMH6626		SO, MSO, CDIP, SOT-23	I, Ext I	±2,5; +5,0	±6,0; +12	15	100	No	50	0,25	0,95	0,25	79	90	90	1500	350	0,92
	LMH6628		SO, MSO, CDIP, CPACK	I	±2,5	±6,0	9,0	85	No	300	2,0	5,0	5,0	63	62	70	300	550	2,0
LMH6639			SO, MSO	I	±2,5; +3,0	±6,0; +12	3,6	160	Out	1000	1,0	7,0	8,0	100	93	96	190	170	6,0
LMH6642	LMH6643	LMH6644	SO, SOT-23	I	±2,5; +3,0	±6,0; +12	2,7	115	Out	1500	1,0	7,0	5,0	80	72	75	130	130	17
LMH6654	LMH6655		SO, SOT-23	I	±2,5; +3,0	±6,0; +12	4,5	180	No	5000	1,0	4,0	6,0	67	90	76	250	200	4,5
LMH6657	LMH6658		SO, MSO, SC-70, SOT-23	I	±2,5; +3,0	±6,0; +12	6,0	45	No	5000	1,1	7,0	2,0	85	82	82	270	700	11
	LMH6672		SO, PSOP, LLP	I	±2,5	±6,5	6,2	600	No	8000	0,2	4,0	-	68	100	78	200	170	4,5
	LMH6682	LMH6683*	SO, MSO, TSSOP	I	±2,5; +3,0	±6,0; +12	6,5	80	No	5000	1,1	7,0	2,0	85	82	76	190	940	12
LMH6702			SO, SOT-23	I	±5,0	±6,0	12	80	No	6000	1,0	6,0	13	-	52	48	720	3100	1,8
LMH6714/20		LMH6722	SO, SOT-23	I	±5,0	±6,0	5,6	70	No	1000	0,2	6,0	8,0	-	58	54	400	1800	3,4
	LMH6715		SO, CDIP	I	±5,0	±6,0	5,0	70	No	5000	2,0	8,0	30	-	60	56	480	1300	3,4
LMH6723			SO, SOT-23	I	+4,5	+12	1,0	110	No	400	1,0	3,5	-	-	64	60	370	600	4,3
LMH6732			SO, SOT-23	I	±4,5	±6,0	9,0	115	No	2000	3,0	8,0	16	-	62	52	540	2700	2,5

*строенный усилитель