Когда на этапе разработки или редизайна подходит время выбора операционного усилителя, мы часто обращаем свой взор в сторону таких монстров аналоговой техники, как Texas Instruments или Maxim, известных своими инновационными решениями и богатством выбора приборов, характеристики которых порой опережают свое время. На фоне продуктовых линеек этих компаний портфель операционных усилителей (ОУ) STMicroelectronic смотрится скромнее, однако, несмотря на это, содержит все необходимое, чтобы полностью удовлетворить потребности российского разработчика как недорогих коммерческих приборов, так и сложной индустриальной высокоточной измерительной аппаратуры, систем сбора данных и видео/аудио приложений. На сегодня ST предлагает более 150 типов ОУ от стандартных до прецизионных и высокоскоростных, выгодно отличающихся по цене от компаний - конкурентов.

STMicroelectronics является производителем операционных усилителей двенадцати групп (рис. 1). Использование данных микросхем позволяет успешно и эффективно решать широкий круг задач по созданию самой разнообразной электронной аппаратуры.

Рис. 1. Семейство операционных усилителей STMircoelectronics

Индустриальные стандартные ОУ - это усилители, пользующиеся максимальной популярностью разработчиков благодаря очень низкой стоимости и средним, вполне удовлетворительным для многих приложений, характеристикам. Типовыми представителями данного класса ОУ являются всем известный усилитель LM324 с биполярным входом и TL084 - с полевым. Такие ОУ массово выпускаются многими производителями, что обеспечивает максимальную доступность для потребителя, причем у разных компаний-производителей в большинстве случаев совпадают и названия соответствующих ОУ, и характеристики, и назначение выводов (pin-to-pin совместимость). Это крайне удобно в случаях, когда у основного поставщика возникают проблемы с производством. Всегда можно найти стопроцентную замену без редизайна печатной платы и переработки принципиальной схемы. Линейка стандартных индустриальных ОУ STMicroelectronics насчитывает более 70 типов, каждый из которых доступен в различных корпусах (как правило, DIP или SOIC). В таблице 1 приведены несколько типовых представителей данной линейки, которые являются визитной карточкой группы.

Высокоскоростные усилители STMicroelectronics (таблица 2) - это высококлассные ОУ, предназначенные для усиления и согласования видеосигналов между модулями видео-, теле-, а также Hi-Fi-аппаратуры. Эти ОУ часто работают на низкоомную линию (50, 75 или 150 Ом) с комплексным сопротивлением, поэтому выходные характеристики усилителя, такие как нагрузочная способность и искажения выходного сигнала в зависимости от импеданса нагрузки, чрезвычайно важны.

Такие ОУ должны сохранять стабильность даже при работе на чисто емкостную нагрузку, например - на видеовход телевизора. Одна из возможных областей применения данного класса ОУ показана на рис. 2. Помимо отличных динамических характеристик, эти ОУ имеют еще ряд достоинств. Например, входы и выходы большинства этих ОУ работают в режиме rail-to-rail и могут быть переведены в высокоомное состояние, внутренняя схема защиты ограничивает резкие выбросы напряжения линии питания, а сверхминиатюрное исполнение значительно экономит место на печатной плате. В линейке высокоскоростных ОУ присутствуют приборы с исключительными характеристиками.

Рис. 2. Пример применения высокоскоростных усилителей STMicroelectronics

Свехмалошумящий TSH300, спектральная плотность шума которого по входу не превышает 0,65 нВ/√Гц и который обладает отличными динамическими характеристиками - идеальный ОУ для высокоскоротных систем сбора данных, прецизионных пробников и медицинской электроники, где приоритетом является высокая чувствительность и целостность формы входного сигнала (signal integrity).

Cверхмалопотребляющий THS310 с током потребления всего 400 мкА и широким частотным диапазоном 120 МГц может успешно применяться в высокопроизводительных системах с батарейным питанием.

Сверхширокополосные TSH330 (TSH350) с обратной связью по току, построенный по высокоскоростной комплементарной технологии, обеспечивает на частоте 1,1 ГГц коэффициент усиления 2 при токе всего 16,6 мА. Со скоростью нарастания выходного сигнала 1800 В/мкс и выходным каскадом, оптимизированным на работу со 100-омной нагрузкой, этот прибор удачно вписывается в приложения, где важны максимальная скорость и минимальные искажения.

Видеобуферы STMicroelectronisc (таблица 3) - это специализированные ИМС, предназначенные для трансляции видеосигналов между модулями High-End-видеосистем, телевидения высокой четкости (HDTV), Set-Top-Box и других мультимедийных приложений. Это, по сути, готовые малопотребляющие усилители с полосой до 320 МГц, коэффициентом усиления +6 дБ и очень низким коэффициентом гармоник, ориентированные для работы на низкоомную линию (75 Ом) и не требующие внешней обвязки.

Внутри линейки ОУ отличаются между собой полосой пропускания, количеством буферов в корпусе (единичные и строенные для канала RGB). Новые модели (таблица 4) имеют встроенные видео реконструкционные ФНЧ различного порядка и схему сдвига уровня постоянной составляющей по входу.

Типовое применение показано на рисунке 3.

Рис. 3. Внутренняя организация (а), TSH346 и пример применения видеобуферов STMicroelectroncs (б)

Прецизионные усилители - это основа высокоточной измерительной аппаратуры. Обычно они имеют очень низкое напряжение смещения, низкий уровень шумов, хорошее подавление синфазных сигналов и высокую долговременную стабильность параметров. STMicroelectronics выпускает несколько приборов, которые удовлетворяюют этим требованиям (табл. 5).

Среди них:

OP07 - хорошо известный и весьма недорогой биполярный ОУ, с напряжением смещения не более 150 мкВ, низким температурным дрейфом 0,5 мкВ/°C, высоким коэффициентом усиления 400 В/мВ и широким диапазоном U_ПИТ = ±3,0...±22 В. Благодаря оптимальному соотношению цена/характеристики этот ОУ до сих пор не имеет альтернативы для применения в недорогой измерительной технике и системах сбора данных.

TS512 - сдвоенный малопотребляющий ОУ, имеющий защиту от короткого замыкания и электростатического разряда (до 2 кВ). Встроенные схемы частотной и фазовой компенсации позволяют ему очень стабильно работать в режиме повторителя напряжения во всем диапазоне частот и питающих напряжений. Этот ОУ - хорошее решение для схем активной фильтрации и телекоммуникационного оборудования.

TS522 - сдвоенный малошумящий (4,5 В/√Гц) ОУ с крайне низким коэффициентом нелинейных искажений ≤ 0,002%, схемой защиты от ESD (до 2 кВ) и отличными динамическими характеристиками. Он идеален для аудиоприложений.

TS507^NEW - новый высокопрецизионный ОУ rail-to-rail по входу и выходу. Благодаря новейшей технологии тримминга он обеспечивает номинальное напряжение смещения 25 мкВ с дрейфом всего 1 мкВ/°С и не нуждается в дополнительной внешней балансировке нуля (рис. 4). ОУ чрезвычайно стабилен во всем диапазоне UПИТ, имеет большой коэффициент усиления (131 дБ), встроенную схему защиты от ESD до 5 кВ и предлагается в популярных корпусах SO-8 и SOT23-5. TS507 - это лучший ОУ для портативной высокоточной измерительной аппаратуры с батарейным питанием.

Рис. 4. Зависимость напряжения смещения от входного синфазного сигнала у TS507
при различных темпартурах

Малошумящие усилители - основа микрофонных, а также любых других усилителей и преобразователей, работающих с очень слабыми входными сигналами, у которых внесение дополнительных шумов в начальный каскад крайне недопустимо. STMicroelectronics выпускает линейку ОУ с очень низким уровнем шума до 4 нВ/√Гц и коэффициентом нелинейных искажений до 0,003% (таблица 6). Все эти ОУ предназначены для предварительного усиления аудиосигналов в мультимедийных приложениях (звуковые карты, микрофоны, CD-плейеры, PDA), а также для активной фильтрации и индустриальных измерений.

Высокотемпературные усилители обеспечивают высокую стабильность характеристик в широком диапазоне рабочих температур -40...150°С. Они не обладают выдающимися динамическими и шумовыми характеристиками, однако их область применения очень широка - это вся высоконадежная индустриальная электроника, автомобильная и военная техника. Эти ОУ в основном предназначены для усиления сигналов сенсоров промышленных датчиков, в модулях усиления постоянного тока, а также для использования там, где однополярное питание является одним из ключевых требований устройства.

Микропотребляющие усилители STMicroelectronics представлены новейшим семейством TSV6xx (таблица 8) c очень низким собственным потреблением, средними частотными и хорошими точностными характеристиками. Отличное ослабление электромагнитных излучений допускает применение усилителей в условиях повышенного электрического шума, а высокая устойчивость против электростатических разрядов и расширенный температурный диапазон от -40°С до 125°С позволяют использовать их в различных типах индустриальных приложений. Эти ОУ выпускаются в одинарном, сдвоенном и счетверенном вариантах. Ток в активном режиме на частоте единичного усиления составляет 11 мкА для TSV61x, 29 мкА для TSV62x и 60 мкА для TSV63x. Достоинством этих ОУ также является возможность работы в диапазоне питающих напряжений от 1,5 до 5,5 В, что позволяет им уверенно работать при разряженной батарее. В TSV62x и TSV63x существуют варианты с отключением усилителей, а входы и выходы всей линейки ОУ поддерживают rail-to-rail. ОУ выпускаются в миниатюрных корпусах SC70-5, SOT23-8 и SC70-6 (SOT23-6 и MSO10 для варианта с отключением). Имеется также популярное исполнение в SO-8.

Rail-to-Rail-усилители необходимы там, где стандартные операционные усилители при заданном уровне напряжения питания уже не могут выдавать широкий размах выходного сигнала без искажения его динамических характеристик. Полный же размах выходного сигнала от отрицательного уровня питания к положительному уровню (from Negative rail to Positive rail) достигается с применением ОУ с Rail-to-Rail-архитектурой. В настоящее время популярность таких ОУ быстро растет, что обусловлено требованиями промышленности к снижению напряжений питания. Поэтому STMicroelectronics активно расширяет линейку Rail-to-Rail ОУ, предлагая разработчику большой выбор недорогих изделий практически всех классов с функцией Rail-to-Rail (см. таблицу 9). Большой интерес для разработчиков медицинской, автомобильной и промышленной электроники, а также всех видов приборов с батарейным питанием, представляют новые CMOS ОУ TSV911/2/4 и TSV991/2/4, которые помимо высокой точности, примечательны отличным соотношением «быстродействие/энергопотребление» (1,1 мА на границе GBP), ультранизким током смещения <1 пА, стабильным коэффициентом усиления и 5 кВ защитой от ESD.

Аудио усилители STMicroelectronics - это пожалуй самая большая группа специализированных ОУ, ориентированная главным образом на производителей бытового и профессионального мультимедийного оборудования, фото- и видеокамер, звуковых карт для PC, MP3-плейеров, диктофонов и мобильных телефонов. Помимо высококачественного аудиотракта, работающего на динамик головных телефонов и акустических систем, многие из этих усилителей имеют схему цифрового управления аудиоканалами по стандартному интерфейсу, возможность перехода в спящий режим, температурную защиту и другие полезные функции. Поскольку ассортимент ОУ данного класса очень широк, в таблицу 10 сведены лишь несколько аудиоусилителей из разных классов, которые в целом характеризуют всю линейку продукции.

ОУ датчиков тока STMicroelectronics (таблица 11) представлены двумя новинками TSC101 и TSC102 (готовится к выпуску), которые предназначены для снятия очень малого дифференциального напряжения с токового шунта верхнего плеча силового каскада и его усиления относительно общей шины с целью формирования нормализованного сигнала обратной связи.

Эти изделия имеют фиксированный коэффициент усиления, который определяется моделью ОУ. Широкий диапазон синфазного напряжения по входу, низкий ток потребления и миниатюрное исполнение плюс расширенный температурный диапазон открывают широкие возможности для применения этих ОУ в устройствах заряда батарей, прецизионных датчиках тока, драйверах электродвигателей и автомобильной электронике (рис. 5).

Рис. 5. Применение TSC101

Заключение

Цель данной обзорной статьи - улучшить представление о линейке усилителей STMicroelectronics и дать инженеру дополнительные возможности в выборе правильного прибора для новой разработки. Специалисты компании КОМПЭЛ при необходимости готовы оказать разработчикам грамотную техническую поддержку и обеспечить их инженерными образцами рассмотренных изделий.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru