Istnieje szereg technik projektowania układów, które pozwalają na zwiększenie wydajności prądowej wzmacniacza operacyjnego. Jednym z rozwiązań, jest zastosowanie zewnętrznej pary tranzystorów bipolarnych w układzie push-pull, jako drivera wyjściowego. Inną metodą jest stosowanie dwóch różnych wzmacniaczy jako pary komplementarnej. Trzecią metodą jest równoległe łączenie dwóch, lub większej ilości, podobnych lub takich samych wzmacniaczy operacyjnych. W poniższym artykule postaramy się omówić właśnie tą trzecią technikę.
Zaprezentowany poniżej układ oparty jest o wzmacniacz operacyjny LT6020. Jest to podwójny op-amp zasilany napięciem od 3 V do ±15 V, z pasmem 400 kHz. Pobiera on zaledwie 100 µA, charakteryzuje się offsetem wyjściowym ±30 µA i prędkością narastania na wyjściu do 5 V/µs. Dedykowany jest do precyzyjnych aplikacji, gdzie istotny jest niski pobór prąd.
Zasadniczo prąd wyjściowy w układzie równolegle połączonych wzmacniaczy operacyjnych wzrasta N-krotnie, gdzie N to liczba połączonych układów. Z drugiej strony układ taki analizować można z punktu widzenia impedancji wyjściowej, która spada o połowę, przy połączeniu dwóch układów etc. Parametry układu LT6020 podane są dla obciążenia 10 kΩ. Prąd zwarcia układu jest nie mniejszy niż 3,5 mA dla zasilania 3 V i 5,5 mA dla zasilania ±15 V. Użycie dwóch, równolegle połączonych układów pozwala na zmniejszenie o połowę obciążenia i podwojenie prądu zwarcia.
Równoległe połączenie dwóch układów pozwala także na poprawienie rozpraszania ciepła z układów, dzięki temu że na każdym z nich odkładać się będzie tylko połowa traconej mocy. Analogicznie będzie przy większej liczbie układów połączonych w ten sposób.
Rezystory 100 Ω na wyjściu układów tworzą sumator, pozwalający uniknąć problemów wynikających z niewielkich różnic napięcia wyjściowego każdego z układów, co mogłoby powodować, że układy 'walczyły by ze sobą' a nie współpracowały.
Równoległe łączenie elementów tego rodzaju ma także i inne zalety. Na przykład pozwala na redukcję poziomu szumu napięciowego na wyjściu, co przekłada się na zwiększony stosunek sygnału do szumu (SNR) układu. Zostanie to omówione w kolejnym artykule. Inną zaletą jest też zmniejszenie offsetu wyjściowego, jako że jest to błąd nie korelujący się z niczym w układzie, to znaczy, że offsety wyjściowe poszczególnych układów, dodając się do siebie, będą tworzyły rozkład normalny. Oznacza to że offset zbiegać będzie do typowej, średniej wartości offsetu, jaka widoczna jest w karcie katalogowej układu.
Niestety wykorzystanie takiej topologii układu ma pewne wady. Zastosowanie równolegle połączonych wzmacniaczy operacyjnych do zwiększenia prądu wyjściowego powoduje zwiększenie liczby elementów w układzie, co przekłada się na zwiększenie kosztów aplikacji. Układ taki powoduje też wzrost szumu prądowego w torze sygnałowym. Jednakże w większości przypadków zalety takiego rozwiązania przewyższają opisane powyżej wady. Rozwiązanie to pozwala na dobór odpowiedniego op-ampa do systemu bez koncentrowania się na prądzie wyjściowym, który zwiększyć można właśnie stosując równoległe łączenie wzmacniaczy w układ pokazany powyżej.
Źrodło: http://www.linear.com/solutions/5632
Zaprezentowany poniżej układ oparty jest o wzmacniacz operacyjny LT6020. Jest to podwójny op-amp zasilany napięciem od 3 V do ±15 V, z pasmem 400 kHz. Pobiera on zaledwie 100 µA, charakteryzuje się offsetem wyjściowym ±30 µA i prędkością narastania na wyjściu do 5 V/µs. Dedykowany jest do precyzyjnych aplikacji, gdzie istotny jest niski pobór prąd.
Zasadniczo prąd wyjściowy w układzie równolegle połączonych wzmacniaczy operacyjnych wzrasta N-krotnie, gdzie N to liczba połączonych układów. Z drugiej strony układ taki analizować można z punktu widzenia impedancji wyjściowej, która spada o połowę, przy połączeniu dwóch układów etc. Parametry układu LT6020 podane są dla obciążenia 10 kΩ. Prąd zwarcia układu jest nie mniejszy niż 3,5 mA dla zasilania 3 V i 5,5 mA dla zasilania ±15 V. Użycie dwóch, równolegle połączonych układów pozwala na zmniejszenie o połowę obciążenia i podwojenie prądu zwarcia.
Równoległe połączenie dwóch układów pozwala także na poprawienie rozpraszania ciepła z układów, dzięki temu że na każdym z nich odkładać się będzie tylko połowa traconej mocy. Analogicznie będzie przy większej liczbie układów połączonych w ten sposób.
Rezystory 100 Ω na wyjściu układów tworzą sumator, pozwalający uniknąć problemów wynikających z niewielkich różnic napięcia wyjściowego każdego z układów, co mogłoby powodować, że układy 'walczyły by ze sobą' a nie współpracowały.
Równoległe łączenie elementów tego rodzaju ma także i inne zalety. Na przykład pozwala na redukcję poziomu szumu napięciowego na wyjściu, co przekłada się na zwiększony stosunek sygnału do szumu (SNR) układu. Zostanie to omówione w kolejnym artykule. Inną zaletą jest też zmniejszenie offsetu wyjściowego, jako że jest to błąd nie korelujący się z niczym w układzie, to znaczy, że offsety wyjściowe poszczególnych układów, dodając się do siebie, będą tworzyły rozkład normalny. Oznacza to że offset zbiegać będzie do typowej, średniej wartości offsetu, jaka widoczna jest w karcie katalogowej układu.
Niestety wykorzystanie takiej topologii układu ma pewne wady. Zastosowanie równolegle połączonych wzmacniaczy operacyjnych do zwiększenia prądu wyjściowego powoduje zwiększenie liczby elementów w układzie, co przekłada się na zwiększenie kosztów aplikacji. Układ taki powoduje też wzrost szumu prądowego w torze sygnałowym. Jednakże w większości przypadków zalety takiego rozwiązania przewyższają opisane powyżej wady. Rozwiązanie to pozwala na dobór odpowiedniego op-ampa do systemu bez koncentrowania się na prądzie wyjściowym, który zwiększyć można właśnie stosując równoległe łączenie wzmacniaczy w układ pokazany powyżej.
Źrodło: http://www.linear.com/solutions/5632
Fajne? Ranking DIY