Оценка нелинейности некоторых ОУ

Свинтенок В. А.

Работая над созданием установки, пришлось замерять нелинейность как пассивных, так и активных элементов. Сведений, необходимых мне для этой работы в Интернете оказалось недостаточно (может быть и не нашел). На пассивные элементы они вообще слабо представлены, поэтому приходилось продвигаться методом отбора с постепенным повышением уровня отбора. Таким образом, скопился некоторый материал по нелинейностям группы элементов, который и хочу предоставить вашему вниманию.

Просмотр некоторых веток форумов показал, что есть определенный интерес по применению некоторых типов микросхем для усиления и для обработки звукового  сигнала и которые используются радиолюбителями в своих конструкциях и при апгрейдах. Данная статья может послужить и как дополнение к имеющимся уже материалам, а также может оказать помощь радиолюбителям в выборе того или иного конкретного типа микросхемы для своей конструкции.

В данной работе представлен обработанный и накопленный ранее материал по нелинейности коэффициента усиления (коэффициент гармоник - Кг)  ряда ОУ, по спектральному составу этих искажений и их характеру, а также показано влияние нагрузки (два значения) и уровня сигнала (два уровня) на эти искажения.

 В процессе измерения и обработки удалось выявить некоторую специфику работы у некоторых ОУ не оговоренных или завуалированных в ТУ на эти микросхемы, специфику работы при использовании микросхем в различных режимах, а также выявить несколько микросхем, как мне кажется, «незаслуженно» обойденных на форумах. Следует отметить, что эта работа не претендует на полноту обзора всех имеющихся типов ОУ. Она призвана помочь радиолюбителям, в том числе и любителям «хорошего звука» в выборе и применении того или иного типа микросхемы в той или иной конструкции, где важны низкие значения искажений с низкими значениями спектральных составляющих этих искажений.

Измерение коэффициента гармоник микросхем проводилось по мере возможности в одинаковых условиях, на частоте 10кгц как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении. Метод измерения (Кг) фильтровый, с частичным подавлением основной гармоники. Полоса частот регистрируемых гармоник до 90кгц. Указанной полосы частот достаточно для оценки спектра искажений хороших по качеству ОУ. Не следует принимать приведенные значения Кг как абсолютные, т.к. в измерении использовались по одному экземпляру ОУ.

Немного об установке и методике измерений.

Блок схема установки представлена ниже.

_____________________

Г – генератор (Г3-118). Собственные нелинейные искажения в диапазоне 1кгц – 10кгц не более 1,4*10-4 % при выходном напряжении 2в (здесь и далее действующее).

Ф1 – фильтр нижних частот (LC). Подавление напряжения вне полосных частот более 40дб, входное и выходное сопротивление фильтра около 600ом.

О – объект тестирования.

Ф2 – режекторный фильтр, пассивный 2Т-мост (RC) с глубиной подавления более 60дб, входное сопротивление (10кгц) около 5ком.

У – усилитель, коэффициент усиления 100, собственные нелинейные искажения менее 0,001% при выходном напряжении 1в.

ЗК – звуковая карта (Waveterminal 192X), поддерживающая разрешение 24бит, 192кгц и имеющая собственные нелинейные искажения менее 0,001% при входном напряжении  0,2в.

СА – программа по спектральному анализу с поддержкой 24бит, 192кгц и разрешением FFT до 1048576 точек. Спектральное окно – Blackman. Длительность выборки регистрируемого сигнала 2мин – 3мин.

Собственная нелинейность установки при тестировании с выхода генератора Г – 0,00014%, а с выхода фильтра Ф1 – 2*10-6 (при глубине подавления режекторного фильтра 60дб).

При тестировании ОУ в неинвертирующем включении в режиме измерения с выхода Ф1 (далее «прямой» метод тестирования) на результат измерения Кг оказывает некоторое влияние выходное сопротивление фильтра Ф1 (из-за нелинейности входной емкости ОУ при синфазных напряжениях). Обойти это ограничение можно путем проведения измерений «косвенным» методом (см. например описание на ОРА134). Суть его в том, что по входному сигналу коэффициент усиления ОУ  делается равным единице, а по шуму и нелинейным составляющим (для определенности), например, сто. Затем, после замера, значения амплитуд спектральных составляющих высших гармоник понижается в 100 раз. Этот режим осуществляется включением между входами тестируемого ОУ резистора 10ом, а между выходом ОУ и его инвертирующим входом резистора величиной 1ком. Использование этого метода существенно увеличивает разрешающую способность установки. Собственная нелинейность установки в этом случае будет: при тестировании с выхода генератора Г – 1,4*10-6%, а с выхода фильтра Ф1 – менее 10-6.

В данной работе большинство ОУ в неинвертирующем (Ку = 1) включении тестировались обоими методами.

Калибровка системы осуществлялась установкой необходимого напряжения (1в – 5в) на выходе объекта измерения и установкой коэффициента подавления режекторного фильтра либо среднеквадратичным милливольтметром, либо используя инструментальные средства программы спектрального анализа. Амплитуда спектральных составляющих снималась с экрана монитора и вводилась в небольшую программку (в эксел), в которой данные корректировались в соответствии с АЧХ 2Т-моста и звуковой карты, нормировались, рассчитывался  Кг.

Приведенные здесь ОУ сгруппированы в три группы: «каскодные» с биполярными транзисторами на входе, с полевыми транзисторами на входе и прочие (с токовой обратной связью, многокаскадные и др.). Все измерения проведены при рекомендуемом напряжении питания, значения которых оговорены разработчиками в ТУ.

Что отображено в таблицах.

Во второй строке «Ку» в скобках указаны номиналы резисторов цепи обратной связи.

В строке таблицы «Rн» указаны эквивалентное сопротивления нагрузки с учетом (где это нужно) резистора в цепи обратной связи усилителя.

В следующей строке «Спектр(db)» приведены значение третьей гармоники относительно второй, принятой за 0 db и значение одной из высших гармоник (с 4 по 9 гармоники и имеющее максимальное значение), относительно второй или третьей (что больше).

Строка «Характер спектра» качественно характеризует вид и степень затухания спектрального состава искажений. При разнице между максимальным значением 2 (или 3) гармоникой и максимальным значением одной из высших гармоник меньше 15 db и  при длинном и слабо затухающем спектре - спектр искажений характеризуется как «Жесткий». В пределах 15 db - 30 db и количестве регистрируемых гармоник в спектре до семи – «Средний». И при разнице более 30 db и количества регистрируемых гармоник в спектре до семи – «Мягкий». Значения, взятые в скобки (например - (Средн.)) указывает на то, что одно из условий не выполняется.

В строке «Uвых гран» дается выходное напряжение (ориентировочное), начиная с которого начинается резкий рост высших гармоник.

И в последней строке: КгП – коэффициент гармоник, полученный при измерении «прямым» методом и КгК – «косвенным».

Первая группа.

«Каскодные» ОУ с биполярными транзисторами на входе.

LT1220

Эта серия микросхем, состоящая из трех ОУ – LT1220/21/22, имеющая минимальное значение  Ку  соответственно 1/4/10. Эту серию отличает от аналогичных клонов других производителей меньший входной ток (300на).

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	0,5к	1к	0,5к	1к	0,5к	1к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -0,5 -33	0 -1,5 -10	0 8,5 -22	0 0,5 -15	0 -12 -29	0 1,5 -12	0 3 -21	0 7 -15
Характер спектра	Мягкий	(Жестк.)	Средний	Жесткий	Мягкий	(Жестк.)	Средний	Жесткий
Uвых гран.	6	5	6	5	6	5	6	5
КгП% КгК%	0,00015	0,0004	0,00064	0,00075	0,00012 0,00008	0,00026 0,00017	0,00037 0,00035	0,00052 0,00036

Выводы:

1. При сопротивленииRн = 0,5к и напряжении Uвых более двух вольт характер спектра становится медленно затухающим и длинным.
2. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
3. Зависимость Кг и характера спектра отRн, при сопротивлении нагрузки 1к и более слабая.
4. Микросхему, в режиме с «мягким» спектром, лучше использовать при выходном напряженииUвых  ≤ 2в в инвертирующем и неинвертирующем включении при Rн до 0,6ком, и до напряжения 5в при Rн 1ком и выше.

LT1221

Епв	15
Ку	-3(0,5к/1,5к)				+4(0,5к/1,5к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,6к	0,9к	0,6к	0,9к	1к	0,6к	1к	0,6к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -2,5 -20	0 -6,5 -37	0 -1,5 -17	0 -0,5 22	0 -12,5 -35	0 -7,5 -28	0 -3,5 -30	0 -3,9 -21
Характер спектра	Средний	Мягкий	(Средн.)	Средний	Мягкий	Средний	Мягкий	(Средн.)
Uвых гран.	5	6	5	6	6	5	6	5
КгП%	0,00019	0,00012	0,00047	0,00041	0,00022	0,00023	0,00061	0,0006

Выводы:

1. При увеличении сопротивления нагрузки Кг и характер спектра будут несколько лучше.
2. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
3. Зависимость Кг отRн (более 1ком) слабая. При Rн = 0,6ком и выходном напряжении более двух вольт спектр искажений длинный и слабо затухает.
4. Микросхему, в режиме с «мягким» спектром, рекомендуется использовать при выходном напряженииUвых  ≤ 2в в инвертирующем и неинвертирующем включении  при Rн до 0,6ком, и до напряжения 5в при Rн 1ком и выше.

AD826

Эта микросхема часто мелькает на форумах. Часто ее используют в качестве преобразователя ток-напряжение и, как показали тесты, ее спектр искажений в этом режиме достаточно «мягкий».

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -6 -40	0 -5 -23	0 2,5 -30	0 1,5 -28	0 -7 -44	0 -7,5 -25	0 -0,5 -30	0 -1,5 -26
Характер спектра	Мягкий	Средний	Мягкий	(Средн.)	Мягкий	Средний	Мягкий	(Средн.)
Uвых гран.	7	6	7	6	7	6	7	6
КгП% КгК%	0,00021	0,0003	0,00079	0,00093	0,0001 0,00012	0,00015 0,00018	0,00037 0,00045	0,00044 0,00049

Выводы:

1. В инвертирующем включении спектр «мягкий» при сопротивлении нагрузки 1к. При 5в и нагрузке 0,5к спектр становится достаточно длинный, хотя и невелик по амплитуде. В неинвертирующем включении картина примерно такая же.
2. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
3. Зависимость Кг отRн слабая.
4. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииUвых  ≤ 5в в инвертирующем и неинвертирующем включении  при Rн более 1ком и с напряжением Uвых  ≤ 2в при Rн свыше 0,5ком.

THS4062

Эта микросхема так же часто мелькает на форумах. Чаще всего ее используют в качестве преобразователя ток-напряжение и, действительно, ее спектр искажений в этом режиме достаточно «мягкий».

Ее особенностью является то, что в спектре высших гармоник преобладают нечетные гармоники, а уровень их и протяженность существенно зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала в неинвертирующем включении.

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -12 -38	0 -9 -42	0 -0,6 -32	0 0,2 -32	0 -13 -35	0 -12 -36	0 -5 -34	0 -4 -33
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	(Мягкий)	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий
Uвых гран.	7	6	7	6	7	6	7	6
КгП% КгК%	0,00033	0,00023	0,00089	0,00074	0,00019 0,00019	0,00015 0,00015	0,0005 0,00058	0,00044 0,00049

Выводы:

1. В инвертирующем включении охарактеризовать спектр как «мягкий» в полном объеме  можно только для выходного напряжения 2в, спектр гармоник при 5в достаточно длинный, хотя и невелик по амплитуде. В неинвертирующем включении («прямой» метод) положение еще несколько хуже – уже при 2в спектр гармоник медленно затухающий, причем остаются весьма значительными самые высшие гармоники (особенно нечетные).
2. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
3. Зависимость Кг отRн слабая.
4. В режиме с «мягким» спектром микросхему лучше использовать при выходном напряженииUвых  ≤ 5в и при Rн свыше 0,5ком.
5. Как показали дополнительные измерения, в инвертирующем включении влияние  резисторов цепи обратной связи (в пределах от 1,3к до 5к) на Кг и спектр гармоник слабое.

AD842

Абсолютный рекордсмен по «мягкости» спектра в наших тестах.

Вот добрались и до «монстрика» в этой группе. Почему-то эта микросхема практически прошла мимо форумов – лишь несколько благожелательных упоминаний. Что не понравилось - мощность, размер корпуса или еще что? И так: ток потребления микросхемы 14ма, рассеиваемая мощность 1,3 ват (в корпусе DIP14), хорошие скоростные характеристики. Минимальный коэффициент усиления для нее Ку = +2. Забегая вперед, отмечу, спектр гармоник у нее очень мягкий – при 2в и нагрузке 0,5ком высшие гармоники «тонут» в шумах, а это -43db, т. е. более чем в 100 раз они меньше второй гармоники (присутствуют только вторая и третья гармоники). Высока и ее нагрузочная способность.

 Ниже приведены: тест в стандартном режиме усиления, тест в режиме усиления +1 и тест, показывающий влияние резисторов цепи обратной связи на Кг в неинвертирующем включении.

 

Тест AD842 в стандартном режиме усиления.

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+2(1,3к/1,3к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,9к	0,5к	0,9к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -11 -43	0 -11 -40	0 -2,5 -31	0 -1,5 -30	0 -15 -41	0 -15 -41	0 -6,5 -36	0 -6,5 -31
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий
Uвых гран.	6	6	6	6	6	6	6	6
КгП%	0,00014	0,00012	0,00042	0,00039	0,00021	0,00015	0,00042	0,00053

 

Тест для AD842 в режиме усиления +1 и тест, показывающий влияние резисторов цепи обратной связи на Кг в неинвертирующем включении. В режиме усиления +1 («прямой» метод) использовалась коррекция АЧХ по входу.

 

Епв	15
Ку	+1(150/150_150пф)				+2(5к/5к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -14 -45	0 -13 -45	0 -5,5 -30	0 -5,5 -30	0 -22 -40	0 -25 -41	0 -10 -33	0 -12 -32
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий
Uвых гран.	6	6	6	6	6	6	6	6
КгП% КгК%	0,0001 0,00011	0,000083 0,00011	0,0003 0,00035	0,00024 0,00028	0,00034	0,00034	0,00088	0,00077

Выводы:

1. Спектр гармоник и Кг практически не зависят отRн - вплоть до 0,5 ком. Это лучшая из всех тестируемых здесь микросхем (по характеру спектра).
2. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
3. При использовании микросхемы в режиме, при котором выходное напряжение не превышает 2в – 3в, а нагрузка более 0,5ком в спектре искажений будут присутствовать практически две – три гармоники, причем вторая гармоника превышает третью.
4. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииUвых  ≤ 6в в инвертирующем так и в неинвертирующем включениях и при Rн до 0,5ком.
5. В неинвертирующем включении резисторы цепи обратной связи влияют на Кг. Так при изменении номинала резисторов цепи ОС в пять раз - Кг почти удваивается.
6. Влияние резисторов цепи обратной связи на характер спектра и Кг в инвертирующем включении - слабое (при изменении резисторов в пределах 1,5ком – 5ком).

AD9631

Эта микросхема достаточно быстрая, низковольтная. Однако Кг у нее невысок.

 

Епв	5
Ку	-1				+1
Uвых(ср.кв.)	1в		2в		1в		2в
Rн	0,5к	1к	0,5к	1к	0,5к	1к	0,5к	1к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -21 -32	0 -22 -30	0 -13 -32	0 -13 -30	0 -16 -30	0 -18 -29	0 -10 -33	0 -9 -31
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий
Uвых гран.
КгП%	0,0017	0,001	0,0034	0,002	0,0012	0,0012	0,0028	0,0025

Выводы:

1. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
2. Зависимость Кг и характера спектра отRн слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииUвых  ≤ 2в в инвертирующем так и в неинвертирующем включении и при Rн до 0,5ком.
4. Применение микросхемы ограничено низким питанием и невысокими значениями Кг.

 

У всех микросхем этой группы достаточно «мягкий» спектр искажений, при выборе соответствующих режимов работы, низкий Кг (кроме AD9631), хорошая нагрузочная способность и высокое значение «Uвых гран», а AD842 – абсолютный лидер среди всех групп по «мягкости» спектра. Замечена интересная особенность этой группы (особенно ярко у AD842) рост гармоник с ростом Uвых парный – вторая с третьей, четвертая с пятой и т.д.

Дополнительно ниже приведены две группы таблиц, в которых представлены распределения относительных амплитуд (в дБ) гармоник для трех типов микросхем и их коэффициент гармоник - AD842, AD826 и THS4062. Данные приведены для наиболее легкого и наиболее тяжелого режимов работы микросхем.

В первой группе таблиц данные представлены для режима: сопротивление нагрузки 1ком и Uвых = 2в., для инвертирующего включения, неинвертирующего включения  в «прямом» и «косвенном» методе измерений. Данные для второй группы таблиц представлены для режима: сопротивление нагрузки 0,5ком и Uвых = 5в. За нулевой уровень принята амплитуда спектральной плотности шумового напряжения.

 Первая группа таблиц.

Ку = -1, Rн = 1ком, Uвых = 2в.

№ горм.	2	3	4	5	6	7	8	9	шум	Кг
AD842	41	29,5	0	0	0	0	0	0	0	0,00012
AD826	45	38,5	2,8	5	0	0	0	0	0	0,00021
THS4062	45,7	36,3	3,8	1	4,4	0	0	0	0	0,00023

Ку = 1 «прямой» метод, Rн = 1ком, Uвых = 2в.

№ горм.	2	3	4	5	6	7	8	9	шум	КгП
AD842	42	31	1,8	3	2,4	0	0	0	0	0,000083
AD826	43	36,5	3,8	4	0	0	0	0	0	0,0001
THS4062	46,5	42,4	16,3	29,5	9,9	22,6	3,5	17,5	0	0,00015

Ку = 1 «косвенный» метод, Rн = 1ком, Uвых = 2в.

№ горм.	2	3	4	5	6	7	8	9	шум	КгК
AD842	46,4	32	1,1	0	0	0	0	0	0	0,00011
AD826	46,5	39,5	2,8	2	0	0	0	0	0	0,00012
THS4062	50,3	38,5	6,8	14	6,4	7,1	0	5	0	0,00015

 

Вторая группа таблиц.

Ку = -1, Rн = 0,5ком, Uвых = 5в.

№ горм.	2	3	4	5	6	7	8	9	шум	КгК
AD842	58	55,5	26,8	21	9,4	1,1	1	1	0	0,00042
AD826	63	64,5	30,8	36	30,4	40,1	17	35	0	0,00093
THS4062	63,8	63,2	31,8	32	21,4	26,1	13	18	0	0,00089

Ку = 1«прямой» метод, Rн = 0,5ком, Uвых = 5в.

№ горм.	2	3	4	5	6	7	8	9	шум	КгК
AD842	60	54,5	27,8	22	2,4	0	0	0	0	0,0003
AD826	61	61,5	33,8	35	30,4	38,1	18	34	0	0,00044
THS4062	64,3	59,6	35,3	37,5	25,9	28,6	11,5	26,5	0	0,0005

Ку = 1«косвенный» метод, Rн = 0,5ком, Uвых = 5в.

№ горм.	2	3	4	5	6	7	8	9	шум	КгК
AD842	63,5	58,5	33,8	28	10,4	4,1	0	0	0	0,00035
AD826	65	63,5	31,8	35	34,4	39,1	27	34	0	0,00049
THS4062	69	64,1	29,8	35	26,4	20,1	20	17	0	0,00058

Результат анализа показывает:

1. МикросхемаAD842 имеет самый короткий спектр во всех режимах.
2. МикросхемуAD826  лучше использовать при нагрузке 1ком и более. В этом режиме ее спектр короче, чем уTHS4062.

3. Спектр гармоник у THS4062 хотя и не велик по амплитуде, но более длинный. Микросхема более чувствительна к внутреннему сопротивлению источника сигнала в неинвертирующем вкл

Вторая группа.

Микросхемы с полевыми транзисторами на входе

Напомню что отображено в таблицах.

Во второй строке «К_у» в скобках указаны номиналы резисторов цепи обратной связи.

В строке таблицы «R_н» указаны эквивалентное сопротивления нагрузки с учетом (где это нужно) резистора в цепи обратной связи усилителя.

В следующей строке «Спектр(db)» приведены значение третьей гармоники относительно второй, принятой за 0 db и значение одной из высших гармоник (с 4 по 9 гармоники и имеющее максимальное значение), относительно второй или третьей (что больше).

Строка «Характер спектра» качественно характеризует вид и степень затухания спектрального состава искажений. При разнице между максимальным значением 2 (или 3) гармоникой и максимальным значением одной из высших гармоник меньше 15 db и  при длинном и слабо затухающем спектре - спектр искажений характеризуется как «жесткий». В пределах 15 db - 30 db и количестве регистрируемых гармоник в спектре до семи – «средний». И при разнице более 30 db и количества регистрируемых гармоник в спектре до семи – «мягкий». Значения, взятые в скобки (например - (Средн.)) указывает на то, что одно из условий не выполняется.

В строке «U_{вых гран}» дается выходное напряжение (ориентировочное), начиная с которого начинается резкий рост высших гармоник.

И в последней строке: К_гп – коэффициент гармоник, полученный при измерении «прямым» методом и К_гк – «косвенным».

Начнем эту часть с хорошо известной многим микросхемы AD825.

AD825

Ранее эту микросхему часто предлагали для замены в различных устройствах. Вот ее нелинейные характеристики.

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -6 -31	0 -1,5 -15	0 3 -19	0 1,5 -5,5	0 -16 -43	0 -3,5 -18	0 -7,5 -30	-7,5 -16
Характер спектра	Мягкий	Средний	(Средн.)	Жесткий	Мягкий	Средний	(Мягкий)	Жесткий
Uвых гран.	7	5	7	5	7	6	7	6
КгП% КгК%	0,0002	0,00056	0,0008	0,00091	0,00043 0,00028	0,00029 0,00023	0,0012 0,00092	0,001 0,00085

Выводы:

1. Микросхема не очень хорошо «держит» большие напряжения: как дифференциальные, так и синфазные. В инвертирующем так и в неинвертирующем включении при напряженииU_вых меньше 2в и R_н =1ком спектр состоит из четырех гармоник. При увеличении R_н до 2,5ком – 5ком в спектре остаются две гармоники. При напряжении U_вых = 5в и R_н = 1ком спектр становится длинным.
2. При уменьшении сопротивления нагрузки до 0,5ком в неинвертирующем включении  К_гнесколько уменьшается, а спектр становится более жестким. При напряжении U_вых = 5в спектр становится длинным и медленно затухающим.
3. К_ги характер спектра зависят от R_н .
4. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 2в при R_н более 0,6ком.

OPA134

Эта микросхема все еще часто мелькает на форумах. Нагрузочная способность этой микросхемы невысокая, в связи с чем, данные теста приведены при нагрузке 1ком и 2,5ком.

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,94к	2,5к	0,94к	2,5к	0,94к	2,5к	0,94к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -4 -15	0 -9 -29	0 -3 -10	0 -4 -16	0 -6 -19	0 -17 -36	0 -10 -17	0 -14 -26
Характер спектра	Средний	Мягкий	Жесткий	Средний	Средний	Мягкий	(Средн)	Средний
Uвых гран.
КгП% КгК%	0,00083	0,00013	0,0013	0,00025	0,0006 0,00044	0,00048 0,0001	0,0016 0,00077	0,0012 0,00026

Выводы:

1. В инвертирующем так и в неинвертирующем включении приR_н = 1ком и напряжении U_вых меньше 2в спектр можно охарактеризовать как «средний». При R_н = 0,5ком спектр «жесткий» и длинный.
2. К_ги характера спектра зависят от R_н.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  менее 5в и при R_н 2ком и более.

THS4601

Коэффициент гармоник у этой микросхемы при нагрузке 500ом достаточно велик, в связи с чем, данные теста приведены при нагрузке 1ком и 2,5ком.

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,94к	2,5к	0,94к	2,5к	0,94к	2,5к	0,94к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -18 -34	0 -14 -29	0 -22 -25	0 -12 -18	0 -29 -37	0 -16 -30	0 -23 -28	0 -13 -20
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Средний	(Средний)	Мягкий	Мягкий	Средний	Средний
Uвых гран.
КгП% КгК%	0,00029	0,00019	0,0005	0,00019	0,00073 0,00018	0,00058 0,000092	0,00079 0,00031	0,00053 0,00012

Выводы:

1. В инвертирующем так и в неинвертирующем включении приR_н = 1ком и напряжении U_вых меньше 2в спектр можно охарактеризовать как «средний». При R_н = 0,5ком спектр «жесткий» и длинный.
2. К_ги характера спектра зависят от R_н.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  менее 5в и при R_н = 1ком и более.

TXS4631

Хочу обратить Ваше внимание на эту микросхему - она редкий гость на форумах. Микросхема имеет прекрасные скоростные характеристики (900 V/µs (G = 2) и 325 MHz in Unity Gain) и позиционируется производителем и как преобразователь ток в напряжение, в связи с чем, она и тестировалась при низком выходном напряжении. Снять ее нелинейные характеристики в «прямом» методе (в неинвертирующем включении) не удалось, видимо работала на грани возбуждения (искажение на уровне сотых).

 

Епв	15
Ку	-1(1,5к/1,5к)				+1(10/1к)
Uвых(ср.кв.)	1в		2в		1в		2в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -19 -33	0 -29 -25	0 -12 -40	0 -17 -28	0 -13 -17	0 -17 -16	0 -12 -27	0 -14 -25
Характер спектра	Мягкий	Средний	Мягкий	Средний	(Средн)	(Средн)	Средний	Средний
Uвых гран.
КгП% КгК%	0,00008	0,00007	0,00015	0,00014	2,7*10-5	3,4*10-5	6*10-5	6,6*10-5

Выводы:

1. Микросхема в неинвертирующем включении имеет более жесткий спектр. Высшие гармоники, с уменьшением выходного напряжения, падают с меньшей скоростью, по отношению к низшим гармоникам.
2. Зависимость К_ги характера спектра от R_н слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 2в и при R_н до 0,5ком.
4. Микросхема очень хорошо подходит в качестве высокоскоростных преобразователей ток-напряжение.

AD8065/66/67

Абсолютные рекордсмены по коэффициенту гармоник.

Добрались и до лидеров. В «тепличных» условиях эти микросхемы перешагнули рубеж 10^-5 %. Микросхемы достаточно скоростные, а скоростные характеристики для AD8067 еще лучше. Однако они имеют и свою специфику в неинвертирующем включении - при синфазном напряжении более 2,5 – 3 вольт спектр искажений резко изменяется и становится очень «жестким». Исходя из анализа тестов, можно предположить, что это вызвано специфической реакцией входного каскада на синфазное напряжение (это явление не наблюдается в инвертирующем включении, а в неинвертирующем включении К_г практически не зависит от нагрузки). Микросхемы этой серии имеют «двойной» входной каскад и схему управления переключением этими каскадами. Возможно, эти искажения  вызваны этими введениями. То, что искажения возникают на входе микросхемы, косвенно подтверждает и следующий тест. Микросхема AD8066 была включена по схеме усилителя с К_у = +11. В этом случае входной (синфазный) сигнал на входе микросхемы не превышает одного вольта, при этом резкого ухудшения спектра на выходе не наблюдается вплоть до восьми вольт. Этой проблемы нет и у AD8067, т.к. минимальный коэффициент усиления у нее десять.

 

AD8066

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		4в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -30 -23	0 -28 -16	0 -29 -17	0 -16 -11	0 -14 -23	0 -21 -17	0 -6 -6	0 -7 -7
Характер спектра	Средний	Средний	(Средн.)	Жесткий	Средний	Средний	Жесткий	Жесткий
Uвых гран.	8	6,5	8	6,5	2,5	2,5	2,5	2,5
КгП% КгК%	2,7*10-5	7,6*10-5	4,5*10-5	9,2*10-5	1,25*10-5 1,1*10-5	4*10-5 2,9*10-5	0,0002 0,00019	0,00021 0,00018

Выводы:

1. Микросхема плохо работает в неинвертирующем включении при синфазном напряжении на входе более 2,5 вольт, спектр гармоник становится  жесткий, длинный и медленно затухает. Проверял на двух микросхемах – повторяемость хорошая.
2. В инвертирующем включении преобладает вторая гармоника (четный спектр). Зависимость К_ги характера спектра зависит от R_н.
3. В режиме с коротким спектром микросхему лучше использовать в инвертирующем включении приR_н более 1 ком и выходном напряжении менее пяти вольт, а при неинвертирующем включении – при выходном напряжении менее 2,5 вольт. Минимальные искажения получаются при нагрузке от 2ком и более (К_г уменьшается примерно в два раза). При нагрузке 2,5ком и напряжении менее 2в в К_г меньше 10^-5
4. Микросхема хорошо подходит в качестве масштабирующих усилителей, активных фильтров, преобразователей ток-напряжение.

 

AD8067

 

Коэффициент усиления 10.

 

Епв	15
Ку	-10(0,5к/5к)				+11(0,5к/5к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -13 -13	0 -17 -10	0 -6 -3	0 -4 -0	0 -21 -21	0 -21 -17	0 -15 -13	0 -11 -9
Характер спектра	(Средн.)	(Средн.)	Жесткий	Жесткий	Средний	Средний	Жесткий	Жесткий
Uвых гран.	8	6,5	8	6,5	8	6,5	8	6,5
КгП% КгК%	3,2*10-5	7,5*10-5	4,8*10-5	9,7*10-5	9,8*10-5 5,4*10-5	0,00028 0,00016	0,00016 8,8*10-5	0,00039 0,00019

Выводы:

1. Зависимость К_ги характера спектра зависит от R_н и сопротивлений обратной связи. С увеличением R_н и уменьшением R_ос коэффициент гармоник уменьшается. Для получения минимальных искажений лучше использовать режимы с R_н = 1ком и более, R_ос = 1,5к/15к и менее при выходном напряжении менее 5в и выравнивать резисторы, стоящие в цепи инвертирующего и неинвертирующего входа.
2. В режиме с коротким спектром микросхему лучше использовать в обоих включениях приR_н более 1 ком и выходном напряжении менее 5 вольт. Минимальные искажения получаются при нагрузке более 2ком (К_г уменьшается более чем в два раза).
3. Микросхема хорошо подходит для работы в качестве масштабирующих усилителей, фон -  корректоров.

 

Коэффициент усиления 1.

 

Этот режим искусственный – в инвертирующем включении использовалась дополнительная коррекция по входу (С = 150пф, R = 150ом), а в неинвертирующем – «косвенный» метод. В таком режиме микросхему вряд ли кто будет использовать. Хотелось посмотреть ее предельную возможность.

 

Епв	15
Ку	-1(1,5к/1,5к)150ом_150пф				+1(10/1к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		2в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,5к	0,94к	2,5к	5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -15 -16	0 -20 -13	0 -1,5 2	0 -6 -2	0 -24 -15	0 -15 -20	0 -17 -14	0 -14 -15
Характер спектра
Uвых гран.	8	6,5	8	6,5	6,5	8	8	8
КгП% КгК%	0,88*10-5	2,8*10-5	1,3*10-5	3*10-5	1,5*10-5	0,4*10-5	0,2*10-5	0,23*10-5

Выводы:

1. Для узкого применения микросхему можно использовать и в единичном усилении. В последующих каскадах необходимо ограничить полосу частот, с целью снижения усиленных шумов в мегагерцовом диапазоне.
2. Зависимость К_ги характера спектра зависит от R_н и сопротивлений обратной связи. С увеличением R_н и уменьшением R_ос коэффициент гармоник уменьшается.
3. В режиме с коротким спектром микросхему лучше использовать в обоих включениях приR_н более 1 ком.

AD8620

Это прецизионный ОУ универсального применения, имеющий небольшие гармонические искажения. Особенностью этой микросхемы являются ярко выраженные четные гармоники (особенно вторая и четвертая) и более длинный и медленно затухающий спектр.

 

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -30 -20	0 -26 -15	0 -15 -24	0 -20 -20	0 -34 -33	0 -30 -23	0 -21 -23	0 -16 -16
Характер спектра	Средний	Средний	Средний	(Средн.)	Мягкий	Средний	Средний	(Средн.)
Uвых гран.	7	6	7	6	7	6	7	6
КгП% КгК%	0,0001	0.00024	0.00026	0.00039	0,00016 0,0002	0,00025 0,00027	0,00037 0,00016	0,00048 0,0002

Выводы:

1. Микросхема немного лучше работает в инвертирующем включении. Спектр гармоник более длинный с преобладанием четных гармоник.
2. Зависимость К_ги характера спектра от R_н слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему лучше использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 5в в обоих включениях и при R_н от 1ком.

 

OPA656

Это быстродействующий ОУ с напряжением питания до +/- 6в, с умеренными гармоническими искажениями. Особенностью этой микросхемы является слабая зависимость Кг от сопротивления нагрузки. В связи с тем, что при напряжении на выходе более 1,8в – 2в резко возрастают высшие гармоники, измерения проводились при выходном напряжении 0,75 и 1,5 вольт. В «прямом» методе измерить Кг не удалось из-за возбуждения.

 

Епв	5
Ку	-1(5к/5к)				+1(10/1к)
Uвых(ср.кв.)	0,75в		1,5в		0,75в		1,5в
Rн	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к	0,94к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -11 -37	0 -11 -37	0 -5 -24	0 -6 -24	0 -11 -39	0 -12 -39	0 -6 -32	0 -6 -33
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Средний	Средний	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Мягкий
Uвых гран.	2	2	2	2	1,8	1,8	1,8	1,8
КгП% КгК%	0,0013	0.0014	0.0036	0.0038	0,00066	0,0008	0,0018	0,0017

Выводы:

1. Микросхема хорошо работает в обоих включениях. Спектр гармоник «мягкий» с некоторым преобладанием четных гармоник.
2. Зависимость К_ги характера спектра от R_н слабая.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему лучше использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 1,5в в обоих включениях и при R_н от 500ом.
4. При напряжении питания 6в, Кг уменьшается примерно в два раза, выходное граничное напряжение возрастает до 2,3 – 2,5 вольт, а в спектре существенно возрастает третья гармоника.

 

Отметим характерные особенности этой группы.

Лучшие микросхемы этой группы AD8065/66/67, которые позволяют получить К_г в диапазоне 10^-5 % - 10^-6 %.

Спектр гармоник этой группы несколько «жестче» - более длинный и медленнее затухающий и сильнее зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала при неинвертирующем включении.

Третья группа.

Микросхемы с различной структурой

Напомню что отображено в таблицах.

Во второй строке «К_у» в скобках указаны номиналы резисторов цепи обратной связи.

В строке таблицы «R_н» указаны эквивалентное сопротивления нагрузки с учетом (где это нужно) резистора в цепи обратной связи усилителя.

В следующей строке «Спектр(db)» приведены значение третьей гармоники относительно второй, принятой за 0 db и значение одной из высших гармоник (с 4 по 9 гармоники и имеющее максимальное значение), относительно второй или третьей (что больше).

Строка «Характер спектра» качественно характеризует вид и степень затухания спектрального состава искажений. При разнице между максимальным значением 2 (или 3) гармоникой и максимальным значением одной из высших гармоник меньше 15 db и  при длинном и слабо затухающем спектре - спектр искажений характеризуется как «Жесткий». В пределах 15 db - 30 db и количестве регистрируемых гармоник в спектре до семи – «Средний». И при разнице более 30 db и количества регистрируемых гармоник в спектре до семи – «Мягкий». Значения, взятые в скобки (например - (Средн.)) указывает на то, что одно из условий не выполняется.

В строке «U_{вых гран}» дается выходное напряжение (ориентировочное), начиная с которого начинается резкий рост высших гармоник.

И в последней строке: К_гп – коэффициент гармоник, полученный при измерении «прямым» методом и К_гк – «косвенным».

Начнем эту часть с хорошо известной многим микросхемы AD811.

AD811

Это усилитель с токовой обратной связью, имеющий высокую нагрузочную способность по выходу. Ток потребления микросхемы 15ма. Спектр гармоник очень мягкий (присутствуют практически только вторая и третья гармоники), похож на AD842. Очень высока и нагрузочная способность. В таблице приведены результаты измерений при Rос = 0,5кОм для К_у = -1 и Rос = 0,75кОм для К_у = 1.

Епв	15
Ку	-1(0,5к/0,5к)				+1(0,75к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,5к	0,25к	0,5к	0,25к	0,5к	0,25к	0,5к	0,25к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	-11 -45	-8 -34	-5 -29	-1 -25	-13 -45	-8 -40	-3 -31	-1,5 -29
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Средний	Средний	Мягкий	Мягкий	Мягкий	Средний
Uвых гран.  (в.ср.кв.)	6	6	3,5	6	6
Кг%	0,00013	0,0001	0,00028	0,00026	0,00065	0,0004	0,0019	0,0017

Выводы:

1. К_гпрактически не зависит от R_н - вплоть до 0,25 кОм. Зависимость К_г от номинала сопротивления цепи обратной связи у нее довольно сильная. Так при выходном напряжении 2в и в инвертирующем включении: при Rос = 1,3кОм К_г  = 0,0004%, при Rос = 1,0кОм К_г  = 0,00025%, при Rос = 0,5кОм К_г  = 0,0001%.
2. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 6в как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении и при нагрузке до 0,25кОм.

LM6171

Это усилитель с токовой обратной связью по напряжению. Введение повторителя на инвертирующий вход и низкий ток потребления микросхемы сильно изменили характер нелинейности К_у, по сравнению с AD811.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	0,5к	1к	0,5к	1к	0,5к	1к	0,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -5 -13	0 5 -5	0 -13 -14	0 -8 -8	0 16 8	0 14 1	0 -4 -4	0 2 3
Характер спектра	Жесткий	Жесткий	Жесткий	Жесткий	Жесткий	Жесткий	Жесткий	Жесткий
Uвых гран.	8	8	8	8	8	8	8	8
КГП% КГК%	0,00031	0,00037	0,00067	0,00073	0,00008 0,00008	0,00017 0,00018	0,00015 0,00015	0,00022 0,00021

Выводы:

1. Меньший К_гв неинвертирующем включении.
2. Характер спектра «Жесткий» особенно в неинвертирующем включении. У этой микросхемы, пожалуй, самый жесткий спектр. И только приU_вых мене 1в высшие гармоники начинают заметно затухать.
3. Микросхему не желательно использовать в схемах, где необходим мягкий спектр.
4. Особенностью микросхемы является не пропорциональный рост гармоник с ростом выходного напряжения (с увеличениемU_вых в 10 раз К_г увеличивается примерно в 4 раза).

TPA6120

Мощная микросхема с обратной связью по току. Обеспечивает работу на нагрузке до 8 Ом.

Епв	15
Ку	-1(1к/1к)				+2(1к/1к)
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	0,5к	0,05к	0,5к	0,05к	0,5к	0,05к	0,5к	0,05к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -0,5 -19	0 -11 -11	0 1,5 -15	0 -4 -18	0 -7 -38	0 -20 -18	0 0 -23	0 -7 -11
Характер спектра	(Средн.)	Жесткий	(Средн.)	(Средн.)	Мягкий	Средний	Средний	Жесткий
Uвых гран.
Кг%	0,00031	0,00053	0,00065	0,0011	0,00016	0,00083	0,00065	0,0011

Выводы:

1. Характер спектра в инвертирующем включении жесткий - длинный и медленно затухает.
2. Микросхема лучше работает в неинвертирующем включении.
3. Зависимость К_ги характера спектра от R_н слабая.
4. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 5в в неинвертирующем включении и при R_н до 0,1кОм.
5. Микросхему можно использовать в мощных буферных схемах и в качестве усилителей для наушников. Следует помнить – при сниженииR_н ниже 50 Ом – 70 Ом резко возрастают искажения в области низких частот.

AD8599

Эта микросхема позиционируется производителем как малошумящая и предназначена для усиления сигнала во входных каскадах. К сожалению, у нее не высокая нагрузочная способность, что в ряде схем затруднит получение предельных значений по шуму и нелинейным искажениям.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	1в		2в		1в		2в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 1 -18	0 -14 -33	0 6 -7	0 -8 -27	0 -1 -21	0 -22 -36	0 1 -13	0 -18 -37
Характер спектра	Средний	Мягкий	Жесткий	Средний	Средний	Мягкий	Жесткий	Мягкий
Uвых гран.	3	4	3	4	3	4	3	4
КГП% КГК%	0,00047	0,0001	0,00092	0,00019	0,00023 0,00022	0,0001 0,0001	0,00042 0,00037	0,0002 0,00016

Выводы:

1. Микросхему лучше использовать при небольшом выходном сигнале. При выходном напряжении 5в спектр жесткий.
2. Характер спектра сильно зависит от сопротивления нагрузки.
3. В режиме с «мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 2кОм и напряжении на выходе менее 4в.

LME49710

Вот еще пара интересных микросхем (LME49860). Эти микросхемы имеют  весьма низкий коэффициент гармоник (особенно в инвертирующем включении – перекрыт рубеж 10^-5), к тому же они и достаточно малошумящие. Однако у микросхем в неинвертирущем включении нелинейные характеристики несколько хуже и не совпадают с предполагаемыми значениями - коэффициент гармоник у них больше чем в инвертирующем включении, а при нагрузке 500 Ом (отчасти и при 1 кОм) спектр весьма жесткий, с провалами (волнистый). Все это, а также разная реакция на нагрузку в различных включениях, говорит о том, что существенный вклад в нелинейность вносит синфазный сигнал (входной каскад), что необходимо учесть при проектировании каскадов в этом включении. Ниже в таблице приведены нелинейные характеристики для нагрузки 1кОм и 2,5кОм.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -0,4 -20	0 -6 -12	0 -1 -8	0 -8 -29	0 -12 -39	0 -30 -40	0 -10 -19	0 -20 -24
Характер спектра	Средний	(Жесткий)	Жесткий	Средний	Мягкий	Мягкий	Средний	Средний
Uвых гран.	8	8	8	8	8	8	8	8
КГП% КГК%	1,6*10-5	4,4*10-6	4,5*10-5	1,8*10-5	6,9*10-5 2,1*10-5	6,2*10-5 2,6*10-5	0,00011 5,8*10-5	0,00012 6,2*10-5

Выводы:

1. Инвертирующее включение. Коэффициент гармоник довольно сильно зависит от сопротивления нагрузки, с ростом Rн коэффициент гармоник уменьшается с 6,2*10^-5 % при Rн 500 Ом, до 4,4*10^-6 % при Rн 2,5 кОм.
2. Ненвертирующее включение. Коэффициент гармоник слабо зависит от сопротивления нагрузки (вплоть до 500 Ом, коэффициент гармоник 2,2*10^-5% и 4,3*10^-5 % соответственно при 2в и 5в). Однако как коэффициент гармоник, так и спектр хуже, чем в инвертирующем включении. Спектр можно охарактеризовать как «Мягкий» только при нагрузке 1 кОм и более, а при низких нагрузках и больших напряжениях он не монотонный, волнистый (с провалами). Микросхема довольно чувствительна к внутреннему сопротивлению источника сигнала.
3. В режиме с «Мягким» и «коротким» спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 1кОм и напряжении на выходе менее 5в.

LME49860

Эта микросхема, помимо выше сказанного, интересна повышенным напряжением питания (до +/- 22в). Было интересно сравнить поведение микросхемы при 15в с повышенным напряжением питания. Как показали эксперименты в инвертирующем включении повышение напряжения питания при выходном напряжении 2в и 5в на Кг и на спектр практически не оказывает ни какого влияния. В связи с чем, привожу результаты эксперимента при 15в и при 21в в неинвертирующем включении.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -1,5 -21	0 -6 -16	0 -3 -10	0 -6 -29	0 -16 -37	0 -26 -37	0 -10 -28	0 -16 -30
Характер спектра	Средний	Средний	Жесткий	Средний	Мягкий	Мягкий	Средний	Мягкий
Uвых гран.	8	8	8	8	8	8	8	8
КГП% КГК%	2*10-5	5,7*10-6	5,2*10-5	1,6*10-5	7*10-5 1,9*10-5	8*10-5 2,1*10-5	0,00012 5,3*10-5	0,00014 5,9*10-5

Выводы:

1. Инвертирующее включение. Коэффициент гармоник довольно сильно зависит от сопротивления нагрузки, с ростомRн коэффициент гармоник уменьшается с 6,5*10^-5 % при Rн 500 Ом, до 5,7*10^-6 % при Rн 2,5 кОм. Эти результаты эксперимента практически полностью совпадают с результатами эксперимента предыдущей микросхемы.
2. Неинвертирующее включение. Коэффициент гармоник слабо зависит от сопротивления нагрузки (вплоть до 500 Ом, коэффициент гармоник 2,1*10^-5% и 4,5*10^-5 % соответственно при 2в и 5в). Однако как коэффициент гармоник, так и спектр хуже, чем в инвертирующем включении. Спектр можно охарактеризовать как «Мягкий» только при нагрузке 1 кОм и более, а при низких нагрузках и больших напряжениях он не монотонный, волнистый (с провалами). Микросхема довольно чувствительна к внутреннему сопротивлению источника сигнала. Эти результаты эксперимента также практически полностью совпадают с результатами эксперимента предыдущей микросхемы.
3. В режиме с «Мягким» и «коротким» спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 1кОм и напряжении на выходе менее 5в.

 

Результаты эксперимента при напряжении питания +\- 21в в неинвертирующем включении и в инвертирующем при выходном напряжении 10в.

Епв	21
Ку	+1				1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		10в (Ку = -1)		10в (Ку = +1)
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -18 -41	0 -41 -48	0 -15 -29	0 -32 -45	0 -16 -10	0 -6 -20	0 -15 -25	0 -19 -18
Характер спектра	Мягкий	Мягкий	Средний	Мягкий	Жесткий	Средний	(Средн)	Средний
Uвых гран.
КГП% КГК%	1,7*10-5 2*10-5	2,1*10-5 2,2*10-5	4,8*10-5 5,9*10-5	5,6*10-5 5,5*10-5	6,2*10-5	2,8*10-5	0,00012 0,0001	0,00014 0,00012

Выводы:

1. Как было сказано выше в инвертирующем включении повышение напряжения питания при выходном напряжении 2в и 5в на Кг и на спектр практически не оказывает ни какого влияния. При выходном напряжении 10в и сопротивления нагрузки 500 Ом (Кг = 0,00012%), 1кОм спектр гармоник «Жесткий», медленно затухающий и волнистый, а высшие гармоники на уровне или выше низших. При нагрузке 2,5кОм коэффициент гармоник весьма небольшой и с монотонно затухающим спектром.
2. Ненвертирующее включение. Коэффициент гармоник также слабо зависит от сопротивления нагрузки (вплоть до 500 Ом, коэффициент гармоник 1,9*10^-5%, 4,3*10^-5 % и 9,6*10^-5 % соответственно при 2в, 5в и 10в). Как видно из таблицы, коэффициент гармоник, измеренный в обоих методах, стал практически одинаковым. Спектр стал более монотонным и более коротким (особенно при выходном напряжении 2в – так при Rн = 1кОм регистрируется 3 гармоники, при Rн = 2,5кОм - две). При выходном напряжении 10в спектр можно охарактеризовать как «Средний» только при нагрузке  2,5 кОм, а при низких нагрузках он не монотонный, волнистый и с провалами.
3. В режиме с «Мягким» спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 1кОм и напряжении на выходе менее 5в и при нагрузке более 2кОм при выходном напряжении до 10в.
4. В ненвертирующем включении следует предпочесть использование режимов с высоким напряжением питания.

NE5532

Эта микросхема все еще широко используется. Характер нелинейности у этой микросхемы и ее поведение при изменении нагрузки и схемы включения очень похож на две предыдущие микросхемы. То есть существенный вклад в нелинейность в ненвертирующем включении вносит синфазный сигнал (входной каскад), что так же необходимо учесть при проектировании каскадов в этом включении. Ниже в таблице приведены нелинейные характеристики для нагрузки 1к и 2,5к.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -6 -22	0 -24 -30	0 -9 -13	0 -13 -26	0 -14 -32	0 -35 -51	0 -16 -24	0 -30 -45
Характер спектра	Средний	Мягкий	Жесткий	(Средн)	Мягкий	Мягкий	(Средн)	Мягкий
Uвых гран.
КГП% КГК%	7,6*10-5	3,3*10-5	0,00017	9,2*10-5	8,2*10-5 8,3*10-5	9,6*10-5 9,8*10-5	0,00028 0,00026	0,00031 0,00029

Выводы:

1. Инвертирующее включение. Коэффициент гармоник довольно сильно зависит от сопротивления нагрузки, с ростом Rн коэффициент гармоник уменьшается.
2. Ненвертирующее включение. Коэффициент гармоник слабо зависит от сопротивления нагрузки. Однако коэффициент гармоник хуже, чем в инвертирующем включении. Спектр можно охарактеризовать как «Мягкий» только при нагрузке 1 кОм и более, а при низких нагрузках и больших напряжениях он не монотонный, волнистый (с провалами).
3. В режиме с «Мягким» и «коротким» спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 1кОм и напряжении на выходе менее 5в.

OP275

Эта микросхема еще используется. Особенностью микросхемы является довольно значительное снижение гармоник при нагрузке выше 2кОм и существенное преобладание четных гармоник в спектре в инвертирующем включении. В связи с ее невысокой нагрузочной способностью, данные приведены при нагрузке 1кОм и 2,5кОм.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -36 -18	0 -29 -25	0 -56(40) -11	0 -11 -12	0 -23 -21	0 -18 -27	0 -9 -20	0 -7 -23
Характер спектра	Средний	Средний	Жесткий	Жесткий	Средний	Средний	(Средн.)	Средний
Uвых гран.	8	9	8	9
КГП% КГК%	0,00038	0,000048	0,00045	0,000073	0,00031 0,00017	0,00042 0,000045	0,0011 0,00027	0,0012 0,00012

Выводы:

1. У микросхемы в инвертирующем включении (особенно при 2в) существенно преобладают четные гармоники. При выходном напряжении 5в характер спектра жесткий – длинный и медленно затухающий. Коэффициент гармоник сильно зависит от сопротивления нагрузки. В скобке (в строке «Спектр», для напряжения 5в и нагрузке 1кОм) показан уровень пятой гармоники.
2.   В неинвертирующем включении коэффициент гармоник довольно сильно зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала.
3. В режиме с мягким спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 2кОм и напряжении на выходе менее 5в.

JRC2068

Эта микросхема иногда еще используется. В связи с ее низкой нагрузочной способностью измерение проведено при нагрузке начиная с 1кОм.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 2 -7	0 -3 -22	0 -4 -1	0 2 -12	0 8 -11	0 -13 -35	0 -1,5 -2	0 -5 -24
Характер спектра	Жесткий	Средний	Жесткий	Жесткий	Жесткий	Мягкий	Жесткий	Средний
Uвых гран.
КГП% КГК%	0,0014	0,00011	0,0012	0,00044	0,00059 0,0005	0,00028 0,00016	0,00086 0,00049	0,0008 0,00044

Выводы:

1. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
2.   В режиме с коротким спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 2кОм и напряжении на выходе менее 2в.
3. Спектр гармоник достаточно длинный, затухание медленное.

LM318

Эта микросхема еще используется. В связи с ее низкой нагрузочной способностью измерение проведено при нагрузке начиная с 1кОм.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -8 -26	0 -6 -11	0 -18 -11	0 -7 -24	0 -7 -22	0 -18 -17	0 -22 -9	0 -18 -28
Характер спектра	Средний	Жесткий	Жесткий	(Средн.)	Средний	(Средн.)	Жесткий	(Средн.)
Uвых гран.
КГП% КГК%	0,00057	0,000075	0,00097	0,0002	0,00032 0,00037	0,000093 0,00002	0,00051 0,00054	0,00019 0,000038

Выводы:

1. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
2.   В режиме с коротким спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 2кОм и напряжении на выходе менее 5в.
3. Спектр гармоник достаточно длинный, затухание медленное.

140УД11

Эту микросхему привел для сравнения ее с LM318. В связи с ее низкой нагрузочной способностью измерение проведено при нагрузке начиная с 1кОм.

Епв	15
Ку	-1(5к/5к)				+1
Uвых(ср.кв.)	2в		5в		2в		5в
Rн	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к	1к	2,5к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -12 -20	0 -16 -29	0 -27 -10	0 -6 -16	0 -10 -18	0 -2 -12	0 -22 -8	0 13 7
Характер спектра	(Средн.)	Мягкий	Жесткий	(Средн.)	Средний	Жесткий	Жесткий	Жесткий
Uвых гран.
КГП% КГК%	0,0015	0,00017	0,0017	0,00048	0,0006 0,00045	0,000029 0,000024	0,00073 0,0008	0,000087 0,00013

Выводы:

1. Микросхема хорошо работает как в инвертирующем, так и в неинвертирующем включении.
2. В режиме с коротким спектром микросхему рекомендуется использовать при нагрузке более 2кОм и напряжении на выходе менее 5в
3. Спектр гармоник достаточно длинный, затухание медленное.

ADA4922-1

Микросхема позиционируется как преобразователь однофазного сигнала в дифференциальный. Внутренняя структура микросхемы представляет собой два усилителя (по структуре похожие на LM6171) имеющих усиление +1 и -1. Напряжение питания +/-12в.

Епв	12
Выход	инвертирующий		неинвертирующий		дифференциальный
Uвых(ср.кв.)	2в	5в	2в	5	2в	4в
Rн	1к	1к	1к	1к	2к	2к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -9 -15	0 -4 -19	0 -3 -14	0	0 6 -9	0 -3 -21
Характер спектра	Средний	Средний	Средний		Жесткий	Средний
Uвых гран.  (в.ср.кв.)	5	5	5		5
Кгп%	0,00016	0,00026	7,8*10-5		5,6*10-5	9,4*10-5

Выводы:

1. Спектр гармоник длинный и медленно затухает.
2. Микросхема лучше работает в неинвертирующем и дифференциальном включении.
3. Зависимость К_ги характера спектра от R_н слабая.
4. В режиме с коротким спектром микросхему рекомендуется использовать при выходном напряженииU_вых  ≤ 4в и при R_н 1кОм и более.

OPA1632

Это дифференциальный усилитель с дифференциальным выходом – полностью симметричная структура. Микросхема в дифференциальном включении имеет весьма малые искажения. Главной целью измерений было выявить особенности этой микросхемы. Вот они:

- при использовании данной микросхемы в качестве преобразователя дифференциального сигнала в однофазный (равно как и синфазный – синфазный) К_г будет на уровне единиц тысячных;

- при использовании данной микросхемы в качестве преобразователя однофазного сигнала в дифференциальный сигнал (равно как и дифференциальный - дифференциальный) К_г будет на уровне единиц стотысячных.

Епв	15
Выход	инвертирующий		неинвертирующий		дифференциальный
Uвых(ср.кв.)	2в	5в	2в	5	1,2в
Rн	1к	1к	1к	1к	2к
Спектр(db) 3 горм. Высшая	0 -28 -35	0 -31 -32	0 -27 -36	0 -32 -31	0 -6 -13
Характер спектра					Жесткий
Uвых гран.		5	5
Кгп%	0,0012	0,0026	0,0012	0,0026	4*10-5

Выводы:

1. Спектр гармоник в дифференциальном по выходу включении (под дифференциальным по выходу включением здесь и далее подразумевается переход к синфазному сигналу в последующей схеме) длинный и медленно затухает. В остальных включениях присутствует в основном вторая гармоника. При передаче сигнала с выходов микросхемы на большие расстояния из-за фазового рассогласования может ухудшиться компенсация четных гармоник при последующем переходе к синфазному сигналу, а при использовании только одного выхода будут присутствовать большие четные (в основном вторая) гармоники.
2. Микросхему лучше использовать для работы в дифференциальном включении. В остальных включениях К_гвозрастает более чем в 30 раз.
3. Зависимость К_ги характера спектра от R_н слабая.
4. С целью получения минимальных искажений, микросхему рекомендуется использовать в дифференциальном включении и при выходном напряженииU_вых  ≤ 4в и при R_н 1кОм и более.
5. Лучшее значение К_гв дифференциальном по выходу включении вызваны  компенсацией четных гармоник.
6. В дифференциальном включении и по входу К_гбудет еще несколько меньше, за счет снижения синфазного сигнала на входе.

THS4150

Микросхема имеет ту же симметричную структуру, что и OPA1632, отличается большим быстродействием и имеет те же особенности. Поэтому приведу К_г только для дифференциального включения.

Выходное напряжение 1,2в; К_г = 0,00008%.

Свинтенок В. А. <svaleks @ rambler . ru>