Избегание проблем с шумом и питанием при неиспользуемых операционных усилителях

При неправильном подключении неиспользуемый операционный усилитель приводит к таким проблемам, как повышенное энергопотребление и дополнительный шум. В данной статье показано, как правильно подключить неиспользуемый операционный усилитель.

Иногда в схеме присутствует один или несколько неиспользуемых операционных усилителей (ОУ). В таких ситуациях эти неиспользуемые усилители должны быть правильно подключены. Либо при неправильном подключении неиспользуемый операционный усилитель приводит к таким проблемам, как повышенное энергопотребление и дополнительный шум.

Правильное подключение неиспользуемого операционного усилителя

Для правильного подключения неиспользуемого операционного усилителя необходимы два условия:

• входные напряжения операционного усилителя должны активно удерживаться в пределах диапазона входного синфазного напряжения устройства;
• выходное напряжение операционного усилителя должно быть установлено в пределах диапазона колебаний выходного напряжения устройства.

Схема на рисунке 1 удовлетворяет обоим условиям.

Если схема имеет двуполярное питание, например, ±3 В, два резистора не нужны, и неинвертирующий вход ОУ достаточно просто соединить с землей. Кроме того, неинвертирующий вход может быть подключен к другому напряжению в каком-либо месте цепи, которое находится в пределах диапазона входного синфазного напряжения устройства, тем самым устраняя необходимость в двух резисторах, показанных на рисунке 1.

Для схем-прототипов рекомендуется подключать неиспользуемый операционный усилитель, как показано на рисунке 2. Эта схема подключения позволяет преобразовать операционный усилитель в схему инвертирующего или неинвертирующего усилителя, если в этом возникнет необходимость на более поздней стадии прототипирования.

Примеры неправильно подключенного операционного усилителя

На рисунке 3 примеры распространенных, но неправильных методов подключения неиспользуемого операционного усилителя.

1. Это худшее, что можно сделать с неиспользуемым операционным усилителем. Оба входа висят в воздухе и будут улавливать шум, а выход может непредсказуемо переключаться с шины на шину. Эта конфигурация будет потреблять различные значения питающего тока и вносить шум в другие операционные усилители и, возможно, добавлять шум на шины питания и земли.
2. Эти две схемы не рекомендуются, потому что они создают нагрузку на входы операционного усилителя. Эти схемы прикладывают максимальный потенциал к входам и могут повредить определенные операционные усилители, например, с диодными фиксаторами уровня между входами. Выход операционного усилителя будет находиться в известном состоянии и будет иметь низкий уровень в первой схеме и высокий во второй. Низкий уровень на выходе операционного усилителя приводит к тому, что операционный усилитель потребляет больше питающего тока.
3. Эти две схемы плохи, потому что выход будет находиться в неизвестном состоянии. Состояние выхода будет определяться значением напряжения смещения входного каскада. Из-за случайности входного напряжения смещения невозможно заранее определить, будет ли выходной сигнал находиться на высоком или низком уровне. В дополнение к неизвестному состоянию выхода существует вероятность того, что выход будет изменять свое состояние из-за температуры, вызывая в цепи ненужный шум. Низкий уровень на выходе операционного усилителя приводит к тому, что операционный усилитель потребляет больше питающего тока.
4. Эти две схемы являются наиболее частой ошибкой, которую делают при подключении неиспользуемого операционного усилителя. Они одинаково плохи, потому что на выходе операционного усилителя будет низкий уровень, в результате чего операционный усилитель будет потреблять больше питающего тока.

Избегание неиспользуемого усилителя дает много преимуществ

Во многих случаях полезно избегать появления неиспользуемого усилителя. Операционные усилители следующего поколения с субмикронной технологией недороги и доступны в крошечных корпусах. Вместо использования трех из четырех операционных усилителей в пакете TSSOP рассмотрите возможность использования только того, что вам нужно. Использование нескольких одиночных операционных усилителей в небольших корпусах SC70 или комбинации двойного операционного усилителя в крошечном корпусе SOT23 и одного операционного усилителя в корпусе SC70 дает следующие преимущества:

• избегание проблемы неиспользуемого усилителя;
• снижение рассеиваемой мощности за счет устранения дополнительных усилителей;
• уменьшение площади печатной платы за счет использования более мелких компонентов (рисунок 4);
• упрощение разводки печатной платы и уменьшение длины дорожек;
• меньшая стоимость.

Заключение

Для правильного отключения неиспользуемого операционного усилителя необходимы два условия:

1. входные напряжения операционного усилителя должны активно удерживаться в пределах диапазона входного синфазного напряжения устройства;
2. выходное напряжение операционного усилителя должно быть установлено в пределах диапазона колебаний выходного напряжения устройства.

Во многих случаях отказ от неиспользуемого операционного усилителя путем использования одиночных или сдвоенных усилителей уменьшает размер и стоимость системы.

Теги