Управляемый источник питания расширяет диапазон выходных напряжений усилителя

Yakov Velikson

EDN

Для увеличения выходного напряжения микросхемы операционного усилителя обычно требуется добавление высоковольтных внешних транзисторов. Затем получившаяся схема нуждается в коррекции для сохранения ее рабочих характеристик. Такая коррекция сложна, особенно для прецизионных операционных усилителей. В этой статье представлена альтернатива: использование управляемого источника питания для самого операционного усилителя, способного увеличить выходное напряжение многих точных операционных усилителей без влияния на их технические характеристики. Решить эту задачу можно, подключив к источнику питания усилителя управляемые транзисторы. Транзисторами управляют резистивные делители, подключенные между выходами усилителей и высоковольтными шинами питания этих транзисторов [1]. Простые схемы на Рисунке 1 иллюстрируют общие способы включения усилителя инвертором или повторителем, используемые для увеличения выходного напряжения.

Эти простые схемы иллюстрируют общие способы включения усилителя инвертором или повторителем, используемые для увеличения выходного напряжения.
Рисунок 1. Эти простые схемы иллюстрируют общие способы включения усилителя инвертором
или повторителем, используемые для увеличения выходного напряжения.

Резисторы делителя R1, R2, R3 и R4 определяют масштаб напряжений V'PS и –V'PS источника питания усилителей. Если диапазон выходных напряжений составляет ±22 В, сопротивления резисторов R1 = R2 = R3 = R4 = R, а напряжения VPS и –VPS равны 28 В, тогда напряжения V'PS и –V'PS попадают в следующие диапазоны, допускающие любые дополнительные потери:

и

или

и

Однако схемы источников питания содержат транзисторы, сопротивления переходов которых влияют на работу усилителей.

Для снижения потерь и улучшения качества выходного напряжения основного усилителя можно использовать вспомогательные усилители. Требования к вспомогательным усилителям просты. Они должны питаться от симметричного двуполярного источника с напряжением более низким, чем у основного источника питания. Эти усилители должны поставлять необходимую мощность основному усилителю, а их частотный диапазон должен немного превышать диапазон основного усилителя. Чтобы исключить переходные сопротивления транзисторов, подключающих источники питания, можно использовать вспомогательные усилители. Такие схемы обеспечивают гибкость при самых разных конфигурациях усилителей [2 и 3].

Замена транзисторов операционными усилителями снижает потери и улучшает качество выходного напряжения основного усилителя.
Рисунок 2. Замена транзисторов операционными усилителями снижает потери и улучшает
качество выходного напряжения основного усилителя.

На Рисунке 2 показан пример включения вспомогательных усилителей повторителями. Выходные напряжения V'PS и –V'PS определяются из сопротивлений подключенных резисторов по следующим формулам:

и

Если напряжения источников питания вспомогательного усилителя IC2 равны 28 В для VPS1 и –2 В для –VPS2, тогда для усилителя IC3 –VPS1 = –28 В и VPS2 = 2 В, и выходное напряжение VOUT усилителя IC1 равно 24 В или –24 В. Кроме того, R6 = R7 = R8 = R9 = R, так что

Далее,

для VOUTMAX = 24 В.

и

для VOUTMIN = –24 В.

Наибольший диапазон напряжений можно получить, используя отдельные источники питания, – один для нормальных напряжений усилителя и один для регулируемой части выходного напряжения (Рисунок 3).

Наибольший диапазон напряжений можно получить, используя отдельные источники питания, - один для нормальных напряжений усилителя и один для регулируемой части выходного напряжения.
Рисунок 3. Наибольший диапазон напряжений можно получить, используя отдельные
источники питания, – один для нормальных напряжений усилителя и
один для регулируемой части выходного напряжения.

IC1 – это основной усилитель. Вспомогательные усилители IC2 и IC3 питаются несимметричными напряжениями. В этой схеме можно применять усилители многих типов, но предпочтительны современные операционные усилители, поскольку они позволяют использовать полный диапазон напряжений источника питания и имеют rail-to-rail входы и выходы. В схеме на Рисунке 3 VPS1 = 28 В, –VPS1 = 28 В, VPS2 = 2 В и –VPS2 = 2 В.

Напряжения основного усилителя равны

Далее,

Пусть R6 = R10 = R11 = R15 = R, R7 = R8 = R12 = R13 = 2R, и R9 = R14 = 3R, так что

и

Затем подставляем эти значения в формулы для напряжений усилителя:

и

Минимальное и максимальное значения для каждого источника питания составляют 1.5 В ⩽ V ⩽ 28.5 В и –1.5 В ⩾ –V ⩾ –28.5 В. Полное напряжение источника питания ограничено пределом 30 В и может изменяться в диапазонах от 1.5 до 28.5 В и от –1.5 до –28.5 В. Эти диапазоны позволяют увеличить выходное напряжение основного усилителя на ±27 В.

  1. Velikson Yakov, Electronics, Information Book, pg 138, Energoatomiztum, St Petersburg, Russia, 1996.
  2. Velikson Yakov, “Device for recurrence of voltage,” Bulletin of Izobreteny (copyrights and patents), No. 3, 1991.
  3. Velikson Yakov, A Murigin, and V Uchno, “The multichannel conversion of a revolving sine-cosine resolver to code,” Bulletin of Izobreteny (copyrights and patents), No. 44, 1988.

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 900
сейчас смотрят 10
представлено поставщиков 578
загружено
позиций
25 067 862