NE5532 (NE5532)

Перейти к навигации Перейти к поиску
NE5532 в корпусе PDIP-8. Производство Signetics[англ.], 1990 год
SA5532A в корпусе SOIC-8. Производство Texas Instruments

NE5532, также выпускаемый под обозначениями SA5532, SE5532 и NG5532 — сдвоенный интегральный, полностью компенсированный операционный усилитель (ОУ), разработанный компанией Signetics[англ.] и выпускаемый с 1979 года. NE5532 и его современник TL072 — первые интегральные ОУ, обеспечившие в профессиональной звуковой технике качество, сопоставимое с качеством дискретных транзисторных схем в режиме А[1]. Благодаря низкому уровню шума и низким нелинейным искажениям, NE5532 быстро стал отраслевым стандартом в звукозаписи и постепенно вошёл в практику конструкторов бытовой аппаратуры[2]. По утверждению Дугласа Селфа[англ.], «вероятно, не существует музыкальной записи, не прошедшей на пути к потребителю через хотя бы сотню 5532»[3]. Характеристики NE5532 оставались лучшими в отрасли в течение почти тридцати лет, до выпуска ОУ LM4562 в 2007 году[4].

В отличие от типичных недорогих ОУ, NE5532 выпускается только в сдвоенном исполнении, в восьмивыводных корпусах PDIP, SO и SOIC. Одиночный ОУ NE5534 (а также снятый с производства сдвоенный NE5533) отличается от NE5532 частичной, а не полной, частотной компенсацией, и меньшим уровнем шумов.

Схемотехника

[править | править код]

NE5532 производится по биполярной технологии; единственный[5] полевой транзистор с p-n-переходом применяется для запуска источника тока входного каскада при подаче питания[6]. Сигнал последовательно проходит через два дифференциальных каскада, каскад усиления напряжения на одиночном транзисторе в режиме с общим эмиттером, и двухтактный выходной каскад (комплементарный эмиттерный повторитель) со встроенной защитой по току[5]. Частотную характеристику ОУ задают четыре встроенные корректирующие ёмкости. Точный анализ его работы на основе одной лишь принципиальной схемы невозможен[6], а сами разработчики и производители никогда не публиковали свои расчёты[5]. Предположительно, именно взаимодействие вложенных петель частотно-зависимой обратной связи обеспечивает чрезвычайно низкий уровень нелинейных искажений NE5532[6].

Особенности эксплуатации

[править | править код]

Режим питания

[править | править код]

Особенность NE5532 — аномально высокое значение предельно допустимого напряжения питания в 44 В (против 32—36 В у типичных ОУ общего назначения)[7]. На практике, так как каждый канал микросхемы потребляет ток 4 мА, то уже при напряжении питании 34 В она ощутимо греется[8]. По мнению Дугласа Селфа, напряжения питания свыше 34 В потенциально небезопасны, и нецелесообразны из-за несовместимости с другими ОУ[7].

5532 чувствителен к качеству развязки шин питания. Недостаточная развязка приводит к непредсказуемым высокочастотным колебаниям внутри кристалла; они не проходят на выход ОУ, но порождают характерные нелинейные искажения[9]. Производители рекомендуют развязку обеих шин питания парой высококачественных конденсаторов ёмкостью 0,1 мкФ, включённых между выводами питания ОУ и общим проводом[5]. По мнению Дугласа Селфа, такая конфигурация нежелательна, так как сброс значительных импульсных токов в общий провод может наводить значительные помехи[5]. Дешевле и безопаснее использовать единственный конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ, подключённый непосредственно к выводам питания ОУ[5].

Входной каскад

[править | править код]

Входной каскад построен на транзисторах npn-структуры, поэтому входные токи втекают в базы входных транзисторов, и сопровождаются отрицательными падениями напряжения на входных сопротивлениях[10]. Типичный входной ток в 200 нА, протекающий через типичное сопротивление 47 кОм, сдвигает входное напряжения на −10 мВ[11]. На практике ошибки такой величины достаточно стабильны, и не требуют особого внимания[9]. В звуковой технике конструкторы позволяют ошибкам нескольких последовательных каскадов накапливаться, и применяют единственный разделительный конденсатор на выходе цепочки ОУ[9]. Исключение — микшеры, эквалайзеры и аналогичные схемы с большим количеством переменных резисторов, в которых протекание входных токов ОУ через подвижные контакты может приводить к нежелательным шумам и потрескиванию при регулировке[12]. Конструкторам таких схем приходится либо разрывать пути протекания постоянных токов большим количеством разделительных конденсаторов, либо применять менее качественные (TL072) или более дорогие (OPA2134) ОУ с полевыми транзисторами на входе[3].

Входы NE5532 зашунтированы парой защитных диодов, рассчитанных на токи до 10 мА, что исключает применение ОУ в режиме компаратора[13][9]. Диоды могут кратковременно открываться и в обычных, линейных усилительных схемах — это происходит тогда, когда ОУ не успевает отследить быстро изменяющийся входной сигнал, и сопровождается сильными искажениями сигнала[13][9].

При типичном напряжении питания ±15 В усилитель сохраняет линейность при синфазных входных напряжениях до ±13 В. При больших или меньших синфазных входных напряжениях усилитель уходит в клиппинг, но остаётся полностью работоспособным до тех пор, пока входные напряжения остаются в пределах, заданных шинами питания. Инверсии фазы, свойственной при клиппинге ОУ TL072, в NE5532 не наблюдается[14].

Нелинейные искажения

[править | править код]

Наилучший с точки зрения нелинейных искажений режим работы NE5532 — инвертирующий усилитель c заземлённым неинвертирующим входом[15]. При умеренных коэффициентах усиления и умеренных уровнях выходного напряжения коэффициент нелинейных искажений (KНИ) инвертирующей схемы не превышает 0,0005 % во всём диапазоне звуковых частот[15]. Высокая (единицы или десятки кОм) величина входного сопротивления инвертирующего усилителя ухудшает его тепловые шумы, но практически не влияет на КНИ[16]. С ростом выходного напряжения до 10 В КНИ на частотах 10—20 кГц возрастает до 0,001 %; на меньших частотах КНИ не изменяется[16].

В неинвертирующем включении искажения возрастают в зависимости от уровня синфазного напряжения на входе и от выходного сопротивления источника сигнал (RВЫХ)[17]. При RВЫХ не более 2 кОм КНИ практически не зависит от уровня сигнала и не превышает 0,002 %[18]. Экспериментально установлено, что оптимальная величина входного сопротивления равна 1 кОм, но неизвестно, насколько это справедливо для всех выпускаемых вариантов NE5532[17]. При RВЫХ свыше 10 кОм происходит значительный рост КНИ; его добавочные составляющие пропорциональны квадрату синфазного входного напряжения[1]. В наихудшем случае КНИ может превышать 0,02 %[1]. Искажений этого рода можно избежать, запитав ОУ от цепей вольтодобавки, поддерживающих постоянный уровень синфазного напряжения[19].

Шум

[править | править код]

5532, как и все ОУ с биполярными входными каскадами, характеризуется существенными плотностями и шума тока, и шума напряжения[20]. С учётом низкочастотного фликкер-шума, приведённые ко входу напряжение шума и ток шума в полосе 20—20 000 Гц не превышает 1 мкВ и 100 пА соответственно. Три составляющие шума (напряжение, ток инвертирующего входа и ток неинвертирующего входа) в теории не коррелируют друг с другом; в действительности между ними существует слабая корреляция, которой обычно пренебрегают[20].

Лучшие с точки зрения шума биполярные ОУ, пригодные для звуковой аппаратуры — NE5534 и намного более дорогие OP27 и OP270 — характеризуются плотностями шума примерно на 2—3 дБ ниже, чем у NE5532[20]. ОУ LM4562 имеет вдвое меньшую, чем NE5532, плотность шума напряжения — при вдвое большей плотности шума тока[20]. ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах характеризуются практически полным отсутствием шума тока при намного больших, чем у NE5532, шумах напряжения[21]. На практике выбор «самого тихого» ОУ определяется тем, какой из видов шума (шум напряжения или шум тока) преобладает в конкретной схеме[21].

NE5534

[править | править код]
Два NE5534 с маркировкой Texas Instruments. Сверху, предположительно, подлинный; снизу дешёвый, предположительно поддельный, вариант с AliExpress

Одиночный ОУ NE5534 схемотехнически идентичен половинке NE5532, но отличается меньшими величинами встроенных корректирующих ёмкостей. В режиме неинвертирующего усилителя NE5534 устойчив при коэффициенте усиления 3 или более, и неустойчив при меньших значениях. Скорость нарастания и спада[англ.] выходного напряжения NE5534 составляет 13 В/мкс против 9 В/мкс у NE5532, частота единичного усиления достигает 30−50 МГц[22]. Паспортное значение произведения коэффициента усиления на полосу пропускания[англ.], равное 10 МГц, приводится для полностью скомпенсированного ОУ с дополнительной внешней корректирующей ёмкостью[22].

Для полной компенсации ОУ следует подключить к его выводам частотной коррекции конденсатор ёмкостью не менее 11 пФ в инвертирующем включении, и не менее 22 пФ в неинвертирующем.[22] На практике в обоих случаях применяется ёмкость 22 пФ[23]. Коррекция снижает скорость нарастания выходного напряжения, что ухудшает передачу быстро изменяющихся фронтов импульсных сигналов[23]. В звуковой технике это не имеет значения, так как даже при предельном размахе выходных напряжений скорость изменения сигнала на звуковых частотах не превышает 2 В/мкс[24]. В устройствах, более требовательных к передаче фронтов импульсов, рекомендуется включать между входами ОУ корректирующую RC-цепь опережения-запаздывания[англ.]: это предотвращает самовозбуждение без существенного снижения скорости нарастания[22]. Частота среза RC-цепи выбирается в области 3—5 МГц, на одну декаду ниже частоты единичного усиления нескомпенсированного ОУ[25]. Величину штатного корректирующего конденсатора при этом можно уменьшить до 3 пФ[25].

Приведённые ко входу плотности шумов NE5534 ниже, чем у NE5532[20] — но не настолько, чтобы однозначно предпочесть одиночный NE5534 сдвоенному NE5532[9]. На практике NE5534 применялся значительно реже, чем NE5532[9]. Третий ОУ семейства, сдвоенный нескомпенсированный NE5533 в корпусе PDIP-16[26], не вызвал интереса потребителей и был давно снят с производства.

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 3 Self, 2010, p. 107.
  2. ↑ Self, 2010, pp. 115, 117.
  3. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 117.
  4. ↑ Self, 2010, pp. 123—124.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 Self, 2010, p. 120.
  6. ↑ 1 2 3 Self, 2010, p. 121.
  7. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 525.
  8. ↑ Self, 2010, p. 119, 525.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Self, 2010, p. 119.
  10. ↑ Self, 2010, pp. 99, 117, 119.
  11. ↑ Self, 2010, pp. 99, 119.
  12. ↑ Self, 2010, pp. 117, 119.
  13. ↑ 1 2 Signetics, 1987, p. 6.53.
  14. ↑ Self, 2010, pp. 117—118.
  15. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 104.
  16. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 105.
  17. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 108.
  18. ↑ Self, 2010, pp. 106–107.
  19. ↑ Self, 2010, pp. 110—114.
  20. ↑ 1 2 3 4 5 Self, 2010, p. 96.
  21. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 97.
  22. ↑ 1 2 3 4 Signetics, 1987, p. 6.54.
  23. ↑ 1 2 Self, 2010, p. 118.
  24. ↑ Self, 2010, p. 103.
  25. ↑ 1 2 Signetics, 1987, p. 6.55.
  26. ↑ Signetics, 1987, p. 6.48.

Литература

[править | править код]
  • Self, D. Small Signal Audio Design (5th edition). — Focal Press / Elsevier, 2010. — ISBN 9780240521770.
  • Signetics. SE/NE5532/5532A. Internally compensated dual low noise op amp // Linear IC Devices: 1987 Source Book / ed. Harry Helms. — Technipubs/Prentice Hall, 1987. — ISBN 9780135369135.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=NE5532&oldid=127860757