Операционные усилители, почему у них такие низкие выходные токи

Введение в мой вопрос заключается в том, что, в конечном счете, операционные усилители управляют чем-то своим выходным каскадом (т. Е. Они создают или потребляют ток). Я смотрю конкретно на текущий сценарий поиска для оставшейся части этого вопроса.

Ток, который может обеспечить операционный усилитель, иногда указывается в таблице данных как его выходной ток , и еще реже также указывается ток короткого замыкания на землю . Довольно часто эти значения очень низкие, возможно, одна цифра мА или максимум 10-20 мА. Производители быстро указывают, как мало тока потребляют их операционные усилители, но для многих схем первостепенное значение имеет управляющая способность операционных усилителей. Без возможности возбуждения приходится добавлять дополнительные каскады усиления, которые снижают замечательные характеристики операционного усилителя (например, шум, смещение и т. д.).

Эта способность управления током кажется очень маленькой, и мне интересно, почему операционные усилители предназначены для получения такого небольшого тока, что вынуждает добавлять еще один активный каскад после операционного усилителя для усиления тока, чтобы управлять большими нагрузками.

Чтобы получить более высокие токи, нужно рискнуть в мире так называемых усилителей мощности, но часто они имеют гораздо худшие характеристики в своих спецификациях, чем хорошие операционные усилители. Кроме того, они намного дороже приличных (например, в 10 раз дороже).

Является ли низкая управляющая способность операционных усилителей побочным эффектом попытки придать им хорошие характеристики? Ухудшаются ли эти характеристики, если операционный усилитель предназначен для получения тока более 20 мА или около того, что является причиной того, что они настолько ограничены в своих приводных возможностях?

Обновление Возможно, один из аспектов моего вопроса заключается в том, почему существует такой большой разрыв между операционными усилителями и усилителями мощности (т. Е. Скачок с 10-20 мА до 2 А).

операционные усилители предназначены для конкретных целей. Если вам нужен операционный усилитель для усиления слабого сигнала, он, вероятно, имеет ограниченные возможности выходного тока, но если вы посмотрите на мощные операционные усилители, они могут выдавать несколько ампер. Но зачем платить за эту возможность в вашем дизайне, если она вам не нужна?
Для большинства приложений достаточно 10-20 мА . Если вам нужно больше, есть решения для этого. Сравните таблицу данных такого операционного усилителя с выходным током 10-20 мА с тем, который может управлять током 2 А, например, opa544. Посмотрите на потребление тока, прирост BW и т.д. Также цена . (Транзисторам 2А нужна кремниевая площадь, возможно даже дополнительные связи, меньше чипов поместится на пластине, тоже мало кому это нужно, это все увеличивает цену). opa544 может работать с током 2 А, но за счет компромиссов в других местах.
Они производят мощные операционные усилители. Даже TCA0372 в маленьком корпусе. Но тогда вы должны избавиться от жары!
Что касается вашего обновления: доступно множество операционных усилителей с выходным током от 20 мА до 2 А. У TI есть 678 операционных усилителей с типичным выходным током от 40 мА до 1 А. Конечно, некоторые из них представляют собой одиночные/двойные/счетверенные операционные усилители одинаковой конструкции, но, тем не менее, в этом диапазоне их предостаточно.
Проверьте вершину. apexanalog.com
В каких схемах текущие возможности операционного усилителя имеют «первостепенное значение»? Можете ли вы привести несколько примеров схем, требующих возможности управления по току в промежутке между 10–20 мА и 2 А? Это может помочь лучше сформулировать вопрос.
Теплотехника является очень важной частью этого.

Ответы (2)

Все просто: производители делают то, что купят покупатели! По той же причине Феррари не будет устанавливать прицеп в задней части своих автомобилей...

Конечно, очень важной частью здесь является цена, и цена привязана к площади кремния, процессу, выходу и, конечно же, упаковке.

Например, операционный усилитель с питанием +/-12 В и выходным током 1 А будет рассеивать несколько ватт, поэтому он не может быть стандартным корпусом операционного усилителя, таким как SO-8. Таким образом, его целевая аудитория сужается до клиентов, которые хотят использовать этот конкретный пакет, который не будет стандартным, поэтому не будет второго источника, если у первого производителя нет в наличии. Кроме того, нестандартный корпус означает, что он не может продаваться клиентам, которым нужен стандартный операционный усилитель, если только это не что-то вроде SO-8 с термопрокладкой, у которого есть свои проблемы, он намного хуже по температуре, чем TO-. 220-5 LM1875 например.

Сравните это, скажем, с NE5532. В маловероятном случае его нет в наличии, есть тонны эквивалентов. Упаковка стандартная... это мармеладная часть.

Мы еще не достигли фактических технических ограничений, а экономика уже благоприятствует чипу, который будет обслуживать наибольшую аудиторию, в данном случае маломощные слаботочные схемы. Даже если пакет с улучшенными тепловыми свойствами добавляет всего 5 центов к стоимости более мощного операционного усилителя, это слишком много, если вам не нужны эти возможности.

Теперь более высокий выходной ток требует больших выходных транзисторов, а значит, большей площади кремния: это будет дороже. Это также будет медленнее.

Скажем, вы делаете ADA4898 , первоклассный операционный усилитель со всеми характеристиками. Процесс для этого, вероятно, будет чертовски дорогим, кроме того, все чипы, не прошедшие строгие тесты спецификаций, выбрасываются, поэтому выход может быть проблемой. Ребята из AD не собираются увеличивать количество выходных транзисторов, если это заинтересует только 5% покупателей этого продукта... потому что это сделает его дороже для остальных, поэтому они выберут другой операционный усилитель...

Может производители не умеют? Ну, нет. Если есть рынок, они ринутся в него. Взгляните, например, на ADA4311 , это драйвер для PLC/DSL/любой витой пары, он быстрый, с низким уровнем шума, высоким током и т. д. Но это усилитель с обратной связью по току с большим смещением и плохими характеристиками постоянного тока, потому что они не имеют значения для приложения. , поэтому переход к точному дизайну только увеличит стоимость.

Теперь проверьте LM1875 , операционный усилитель мощности звука. Он старый, убогий и медленный, поэтому его, вероятно, можно производить по дешевому старому процессу с высокой производительностью. Конечно, могло быть и лучше... но для приложения этого достаточно.

Если вам нужен операционный усилитель с хорошими характеристиками слабого сигнала (смещение постоянного тока, шум и т. д.) и сильноточный привод, самое простое — прикрепить к нему выходной каскад мощности или сделать компаунд с первым операционным усилителем, управляющим более мощным. Если второй операционный усилитель быстрее, дополнительная компенсация не требуется. Если медленнее, требуется компенсация.

Прекрасный ответ. У меня только один вопрос относительно вашего ответа: вы упомянули, что если мне нужны хорошие характеристики слабого сигнала с сильноточным приводом, добавьте каскад выходной мощности. Но не ухудшит ли выходной каскад мощности полностью эти хорошие характеристики слабого сигнала в обмен на возможность получения большего тока? Другими словами, не сведет ли добавление этого дополнительного каскада усиления тока, скажем, через проходной транзистор или мощный операционный усилитель, полностью свести на нет преимущества прецизионного операционного усилителя перед ним?
Обычно первый операционный усилитель определяет смещение по постоянному току, шум и в основном все, кроме скорости, искажений и того, является ли выходной сигнал от шины к шине. Например, если выходной каскад, который вы добавляете, имеет смещение постоянного тока, скажем, 1 В, потому что это просто эмиттерный повторитель, смещение будет уменьшено на коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя, который при постоянном токе обычно «много». И большая часть шума будет также исходить от входного каскада операционного усилителя, так как шум в выходном каскаде уменьшается за счет обратной связи.
Проблема заключается в искажении кроссовера, если выходной каскад плохо спроектирован, и скорости, если он имеет меньшую полосу пропускания, чем операционный усилитель, тогда он добавит фазовый сдвиг, который сделает операционный усилитель нестабильным, для этого требуются дополнительные компенсационные колпачки. Так как сильноточные транзисторы обычно медленнее, вы должны следить за этим.
@MichaelGoldshteyn: Первый каскад усилителя отвечает почти за все SnR. Если коэффициент усиления равен 1000, то на вход следующего каскада поступает почти весь сигнал (и усиленный шум). Фактический шум, добавленный к выходу первого каскада, добавляется к уже большому сигналу. См . electronics.stackexchange.com/questions/305128/… и e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2013/01/21/… для получения дополнительной информации о том, насколько хороша качественная первая ступень. .
Возможно, Ferrari не предлагает этого, но это не мешает клиентам делать это самостоятельно . Хотя я полагаю, что конечный результат будет таким же, как перегрузка электронного компонента — переборщите, и из машины выйдет волшебный дым, и она перестанет работать.

Высокие выходные токи означают высокое рассеивание и высокие тепловые искажения, потому что входная дифференциальная пара будет испытывать немного разные температуры. Как возможно, если "симметричная планировка"? Потому что металлизация не будет сбалансирована вблизи пар дифференциалов, а металл, как тепловой путь, создает несбалансированные температуры на парах дифференциалов.

Если тепловая дисторсия не важна, если этот небольшой недобор на 0,01% из-за тепловой обратной связи или не очень незначительный выброс в 0,1% из-за тепловой обратной связи не важен, ваша задача проектирования упрощается.

Но остерегайтесь обработки сигналов с несколькими датчиками PAM в любом операционном усилителе.

Операционные усилители, почему у них такие низкие выходные токи
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v