![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
zepeteВ этикетках операционных усилителей обычно умалчивают о переходных искажениях, заодно обманывая о величине нелинейных искажений и напряжении смещения.
Мои опыты показали, что нелинейные искажения микросхемы lm324 и op07 больше 5%, видно на экране осциллографа, при этом в листах данных THD "честно" указано 0.0%.
Это следствие переходных искажений, про которые на листах данных пишут только когда их нет фразами вроде "no (deadband или zero) crossover" или "crossover free" и то не всегда.
Переходные искажения возникают когда направление электрического тока в нагрузке меняет направление. Точнее не меняет направление, а втекающий ток превышает 50...200мкА. Вызвано тем, что при этом для изменения направления тока надо открыть противоположный электронный ключ, что происходит с задержкой вызванной необходимостью перезарядить емкости до порогового напряжения (рассосать заряды полупроводниковых переходов). Поэтому, для наблюдения переходных нелинейных искажений, необходимо что бы сопротивление нагрузки было ниже 200 кОм и частота синусоиды больше 100 Гц.
А значит авторов листков данных операционных усилителей, указывающих отсутствие нелинейных искажений (THD в тысячных долях %), обвинить в обмане нельзя, так как они измеряют его для постоянного тока нагрузки, для которого переходных (через ноль) искажений нет по определению. Например, st для lm324 THD указывает для случая, когда постоянное напряжение смещения больше амплитуды переменного напряжения на 0.4В, что исключает влияние переходных искажений на THD. Это делает параметр THD практически бесполезным.
Лист данных от st.
Осциллограмма реальная, с THD>5%.
Высокие нелинейные искажения бывают у микросхем с низким (5В и ниже) или однополярным питанием. ОУ с однополярным питанием - это такие "чипы", у которых входное напряжение может быть ниже отрицательного напряжения питания. THD больше 5% у lm224, lm324, lm358, к1401уд2, op07. Сам видел на осциллографе. Вероятно есть и у других микросхем с похожей топологией входа.
В pdf микросхемы с однополярным питанием можно определить по следующим трем признакам.
1. Есть в описании фьючерс однополярного питания, то есть словосочитание "single power supply", "single supply", "input common-mode voltage range includes ground", "синфазное напряжение от -Vs", "с низким синфазным напряжением", "может работать от одного источника питания" и т.п.
2. Принципиальная схема с диф. входом на pnp транзисторах.
3. Параметр Vicr (Common-mode input voltage range) или Vcr (Common-mode voltage range) или Vсм (синфазное напряжение) захватывает 0.
Диф. усилители противоположной топологии, с двуполярным питанием, у которых переходные искажения точно не видно на осциллоскопе, можно определить по следующим трем признакам. Эти признаки могут ничего не значить, так как бывают "железнодорожные" (rail to rail) усилители, у которых эти признаки могут быть, но у них точно будет указан фьючерс "rail to rail".
1. Есть фьючерс "no latch up" "latch up free", он означает, что входное напряжение может достигать положительного напряжения питания.
2. Принципиальная схема с диф. входом на npn транзисторах или n-канальных полевых транзисторах.
3. Параметр Vicr (Common-mode input voltage range) или Vcr (Common-mode voltage range) или Vсм (синфазное напряжение) не захватывает 0.
Из этих двух типов ОУ с запредельным THD, есть исключения, их надо искать по прямому указания этого. Это будет указанием фьючерса "no crossover distortion" или "zero crossover Distortion". Примеры: OP365, MC3317x, MC3407x.
Способы борьбы с crossover distortion.
1. Не использовать lm324, lm358, к1401уд2, op07 и любые другие микросхемы разработанные для однополярного или низкого напряжения питания без указания "no crossover distortion". Это снизит THD до 2%, так как три каскада инв. усилителей tl08x уже показывают видимые нелинейные искажения при переменном токе. Правда вид у них не как у lm324.
2. Предотвратить реверс тока ОУ, нагрузив его стекающим с выхода на минус питания током.
Этот метод снизит нелинейные искажения до 0, но снизит КПД ОУ в 2 раза.
3. Использовать неинвертирующий усилитель и как можно большее сопротивление обратной связи.
В качестве бонуса оцененные мной характеристики ОУ нескольких моделей.
Выяснилось, что op07 не прецизионная, то есть подделка, но lm1458 обладает независящим от синфазного напряжения смещением, при этом быстродействие на уровне ua741 и у нее нет переходных искажений.
Мои опыты показали, что нелинейные искажения микросхемы lm324 и op07 больше 5%, видно на экране осциллографа, при этом в листах данных THD "честно" указано 0.0%.
Это следствие переходных искажений, про которые на листах данных пишут только когда их нет фразами вроде "no (deadband или zero) crossover" или "crossover free" и то не всегда.
Переходные искажения возникают когда направление электрического тока в нагрузке меняет направление. Точнее не меняет направление, а втекающий ток превышает 50...200мкА. Вызвано тем, что при этом для изменения направления тока надо открыть противоположный электронный ключ, что происходит с задержкой вызванной необходимостью перезарядить емкости до порогового напряжения (рассосать заряды полупроводниковых переходов). Поэтому, для наблюдения переходных нелинейных искажений, необходимо что бы сопротивление нагрузки было ниже 200 кОм и частота синусоиды больше 100 Гц.
А значит авторов листков данных операционных усилителей, указывающих отсутствие нелинейных искажений (THD в тысячных долях %), обвинить в обмане нельзя, так как они измеряют его для постоянного тока нагрузки, для которого переходных (через ноль) искажений нет по определению. Например, st для lm324 THD указывает для случая, когда постоянное напряжение смещения больше амплитуды переменного напряжения на 0.4В, что исключает влияние переходных искажений на THD. Это делает параметр THD практически бесполезным.
Лист данных от st.
Осциллограмма реальная, с THD>5%.
Высокие нелинейные искажения бывают у микросхем с низким (5В и ниже) или однополярным питанием. ОУ с однополярным питанием - это такие "чипы", у которых входное напряжение может быть ниже отрицательного напряжения питания. THD больше 5% у lm224, lm324, lm358, к1401уд2, op07. Сам видел на осциллографе. Вероятно есть и у других микросхем с похожей топологией входа.
В pdf микросхемы с однополярным питанием можно определить по следующим трем признакам.
1. Есть в описании фьючерс однополярного питания, то есть словосочитание "single power supply", "single supply", "input common-mode voltage range includes ground", "синфазное напряжение от -Vs", "с низким синфазным напряжением", "может работать от одного источника питания" и т.п.
2. Принципиальная схема с диф. входом на pnp транзисторах.
3. Параметр Vicr (Common-mode input voltage range) или Vcr (Common-mode voltage range) или Vсм (синфазное напряжение) захватывает 0.
Диф. усилители противоположной топологии, с двуполярным питанием, у которых переходные искажения точно не видно на осциллоскопе, можно определить по следующим трем признакам. Эти признаки могут ничего не значить, так как бывают "железнодорожные" (rail to rail) усилители, у которых эти признаки могут быть, но у них точно будет указан фьючерс "rail to rail".
1. Есть фьючерс "no latch up" "latch up free", он означает, что входное напряжение может достигать положительного напряжения питания.
2. Принципиальная схема с диф. входом на npn транзисторах или n-канальных полевых транзисторах.
3. Параметр Vicr (Common-mode input voltage range) или Vcr (Common-mode voltage range) или Vсм (синфазное напряжение) не захватывает 0.
Из этих двух типов ОУ с запредельным THD, есть исключения, их надо искать по прямому указания этого. Это будет указанием фьючерса "no crossover distortion" или "zero crossover Distortion". Примеры: OP365, MC3317x, MC3407x.
Способы борьбы с crossover distortion.
1. Не использовать lm324, lm358, к1401уд2, op07 и любые другие микросхемы разработанные для однополярного или низкого напряжения питания без указания "no crossover distortion". Это снизит THD до 2%, так как три каскада инв. усилителей tl08x уже показывают видимые нелинейные искажения при переменном токе. Правда вид у них не как у lm324.
2. Предотвратить реверс тока ОУ, нагрузив его стекающим с выхода на минус питания током.
Этот метод снизит нелинейные искажения до 0, но снизит КПД ОУ в 2 раза.
3. Использовать неинвертирующий усилитель и как можно большее сопротивление обратной связи.
В качестве бонуса оцененные мной характеристики ОУ нескольких моделей.
| Модель | Частота 5% THD (превращения синусоиды в пилу при полном размахе напряжения), кГц | Частота 1/2 амплитуды, кГц | Сила тока защиты от КЗ, мА | Ток пороговых искажений, мкА | Напряжение смещения нуля, мкВ |
| tl084 | 200 | 550 | 31 | нет | 1400....2500 |
| op07 | 3 | 15 | 27 | 400 | 600...2600 |
| ua741 | 10 | 40 | 27 | нет | 1000....1300 |
| к1401уд2 | 10 | 40 | 27 | 200 | 270...1100 |
| lm348 | 8 | 30 | 25 | нет | -1200 |
| l,m224 | 8 | 26 | 37 | 100 | 350....500 |
| lm324 | 9 | 30 | 22 | 50 | 1250...1300 |
| lm358 | 9 | 50 | 100 | 300 | |
| lm1458 | 12 | 43 | 31 | нет | 150 |
| к544уд1 | 120 | 450 | 16 | нет | 4800 |
| tl081 | 180 | 500 | 34 | нет | |
| lm301 | 10 | 40 | нет | -110...110 |
Выяснилось, что op07 не прецизионная, то есть подделка, но lm1458 обладает независящим от синфазного напряжения смещением, при этом быстродействие на уровне ua741 и у нее нет переходных искажений.
