A.2. - Traduzioni del data-sheet
LM158/LM258/LM358/LM158A/LM258A/LM358A/LM2904
Doppio amplificatore operazionale a bassa dissipazione.
A.2.1. - Descrizione generale
La serie LM158 consiste di due amplificatori operazionali indipendenti, ad alto guadagno, compensati internamente in frequenza, appositamente progettati per operare con singola alimentazione su un ampio campo di tensioni. E', comunque, anche possibile utilizzarlo con doppia alimentazione e la bassa corrente richiesta è indipendente dal valore della tensione di alimentazione.
Le possibili applicazioni comprendono amplificatori trasduttori, blocchi con guadagno in continua, e tutti i circuiti convenzionali impieganti amplificatori operazionali che possono venire realizzati anche in sistemi a singola alimentazione.
Per esempio, la serie LM158 può funzionare con una tensione di alimentazione standard di +5Vdc, usata in sistemi digitali, e permette la facile realizzazione delle interfaccie senza bisogno delle alimentazioni supplementari di ±15Vdc.
A.2.2. - Caratteristiche uniche
Nel funzionamento lineare il campo delle tensioni di ingresso di modo comune include la massa e la tensione può variare dalla tensione di massa a quella di alimentazione.
La frequenza di taglio a guadagno unitario è compensata in temperatura.
La corrente di ingresso è compensata anche in temperatura.
A.2.3.- Vantaggi
Elimina la necessità della doppia alimentazione.
Due amplificatori operazionali compensati internamente in un unico contenitore.
Collegando gli ingressi direttamente a massa (GND) anche l'uscita va a massa (a tensione di massa).
Compatibilità con qualunque livello logico.
Basso assorbimento di potenza adatto per alimentazioni con batterie.
Piedinatura compatibile con i doppi amplificatori operazionali quali LM1558/LM1458.
A.2.4. - Caratteristiche
Internamente compensato in frequenza.
Grande guadagno in tensione continua 100dB
Ampia banda passante (a guadagno unitario, compensata in temperatura) 1MHz
Ampio campo della tensione di alimentazione
a singola alimentazione 3Vdc a 30Vdc
a doppia alimentazione da ±1.5Vdc a ±15Vdc
Bassa corrente di alimentazione per ogni amp. op. (500µA) essenzialmente indipendente dalla tensione di alimentazione 1mW/amp.op. a +5Vdc
Bassa corrente di polarizzazione di ingresso (compensata in temperatura) 45nAdc
Bassa tensione di offset di ingresso 2mVdc
Bassa corrente di offset di ingresso 5nAdc
Il campo delle tensioni di ingresso modo comune include la massa.
Il campo delle tensioni differenziali di ingresso uguaglia la tensione di alimentazione.
Ampia variazione della tensione di uscita.
A.2.5. - Valori massimi assoluti
Tensione di alimentazione 32Vdc o ±16Vdc
Tensione differenziale di ingresso 32Vdc
Tensione di ingresso -0.3Vdc a +32Vdc
Dissipazione di potenza 570mW
Durata del corto circuito di uscita verso massa (un amplificatore) VCC o +15Vdc e Ta = 25°C illimitato
Corrente di ingresso (Vin < -0.3Vdc) 50mA
Temperatura di funzionamento da 0°C a 70°C
Sovraccarico termico (10 secondi di saldatura) 300°C
A.2.6. - Note delle caratteristiche
Nota 1: Funzionando ad alte temperature gli LM358/LM358A/LM2904 devono essere fatti lavorare al di sotto della temperatura massima di giunzione +125°C e per saldare il dispositivo su un circuito stampato bisogna applicare una resistenza termica di 175°C/W in aria libera.
Gli LM258/LM258A e LM158/LM158A possono essere fatti funzionare fino a una temperatura massima di giunzione di +150øC. La dissipazione della potenza è la somma di quella dei quattro amplificatori operazionali, l'uso di resistori esterni, quando possibile, consente di saturare e ridurre la parte di potenza dissipata
dall'amplificatore nel circuito integrato.
Nota 2: I corto circuiti dell'uscita verso +VCC possono causare eccessivo riscaldamento ed eventuali rotture.
La massima corrente di uscita è approssimativamente 40mA e indipendente dal valore di +VCC. A valori di tensione di alimentazione oltre +15Vdc un corto circuito continuo può causare il superamento dei parametri di dissipazione di potenza e provocare eventuali rotture. Una dissipazione distruttiva può essere provocata dal simultaneo corto circuito di entrambi gli amplificatori operazionali.
Nota 3: Questa corrente di ingresso si avrà solo quando ogni ingresso è pilotato da una tensione negativa. E' dovuta alla giunzione base-collettore dei transistros di ingresso PNP che viene polarizzata direttamente e quindi agisce come un diodo clamps (di spegnimento) di ingresso. Oltre all'azione di questo diodo, vi è anche una azione parallela del transistor parassita NPN sul chip del circuito integrato (IC). L'azione di questo transistor può portare la tensione di uscita dello amplificatore operazionale sino al valore della tensione +VCC (o a massa per un grande sovrapilotaggio) per tutto il tempo in cui un ingresso è polarizzato negativamente. Ciò non è distruttivo e i livelli normali di uscita si ristabiliranno quando la tensione di ingresso, che era negativa, ritornerà a un valore maggiore di -0.3Vdc (a 25øC).
Nota 4: Queste specificazioni sono valide per VCC = +5Vdc e -55°C = Ta = +125°C, salvo altre specificazioni. Per gli LM258/LM258A, le specifiche sono limitate a temperature -23°C = Ta = +85°C, e per gli LM358/LM358A le specifiche sono limitate alle temperature 0°C = Ta = +70°C, e per l'LM2904 le specifiche sono limitate a -40°C = Ta = +85°C.
Nota 5: VO ˜ 1.4Vdc, RS = 0O con VCC da +5Vdc a 30Vdc e sul campo delle tensioni di ingresso di modo comune (da 0Vdc a +VCC - 1.5Vdc).
Nota 6: Il verso della corrente di ingresso è uscente dal circuito integrato ed è dovuta allo stadio PNP di ingresso. Questa corrente che si ha sulla linea di ingresso è essenzialmente costante, indipendente dallo stato delle uscite.
Nota 7: La tensione di ingresso di modo comune non dovrà scendere al di sotto di - 0.3Vdc (a 25øC). La massima tensione di modo comune è VCC - 1.5Vdc, uno o entrambi gli ingressi possono essere portati a +32Vdc senza danni (+26Vdc per LM2904).
Nota 8: Dovuto a prossimità di componenti esterni, assicura che l'accoppiamento non si verificherà attraverso capacità fra queste parti esterne. Tipicamente può essere rilevato come questo tipo di capacità aumenta a frequenze più alte.
A.2.7. - Cenni applicativi
La serie LM158 è costituita da amplificatori operazionali che operano con una singola tensione di alimentazione, hanno ingressi differenziali, e permangono in funzionamento lineare anche con tensione di ingresso di modo comune di 0Vdc. Questi amplificatori funzionano anche su un ampio campo di tensioni di alimentazione con piccole variazioni delle caratteristiche fornite.
A 25°C è possibile far funzionare l'amplificatore con una tensione minima di 2.3Vdc.
Bisogna stare attenti a non invertire la polarità della tensione di alimentazione nel circuito integrato in quanto, installandola erroneamente, scorrerebbe una corrente di sorgente illimitata attraverso il diodo polarizzato direttamente che provocherà nel circuito integrato la fusione dei conduttori interni e la sua distruzione.
Possono essere facilmente adoperate ampie tensioni differenziali di ingresso e, sebbene non siano necessari i diodi di protezione per tensioni differenziali di ingresso non si hanno alte correnti anche per grandi tensioni differenziali di ingresso.
La tensione differenziale di ingresso può superare VCC senza danneggiare il dispositivo.
Vi sono protezioni per l'ingresso nel caso che la tensione ad esso applicato scenda al di sotto di - 0.3Vdc (a 25°C).
Viene usato un diodo clamps (di spegnimento) di ingresso con un resistore in derivazione al terminale di ingresso del circuito integrato.
Per diminuire la corrente richiesta all'alimentazione, gli amplificatori hanno uno stadio di uscita in classe A per piccoli livelli di segnale, che viene convertito in classe B per grandi segnali. Questo consente agli amplificatori di avere ampie correnti di uscita sia di source che di sink.
Perciò i transistros NPN e PNP, sostenendo la corrente esterna, aumentano la potenza di uscita degli amplificatori di base.
Per diminuire la tensione di uscita è necessario un diodo collegato a massa per polarizzare il transistor PNP sul chip per applicazioni con correnti di uscita di sink.
Per applicazioni in alternata (ac), dove vi sono accoppiamenti capacitivi tra il carico e l'uscita dell'amplificatore, bisogna usare un resistore collegato tra l'uscita dell'amplificatore e massa al fine di aumentare la corrente di polarizzazione in classe A e prevenire distorsioni di cross-over.
Il collegamento diretto di carichi capacitivi all'uscita dell'amplificatore riducono il margine di stabilità dell'anello. Valori di 50pF possono essere adottati usando, nel peggiore dei casi la connessione non invertente a guadagno unitario.
Se l'amplificatore deve pilotare grandi carichi capacitivi bisogna utilizzare grandi guadagni ad anello chiuso o resistori di isolamento.
La rete di alimentazione dell'LM158 richiede una corrente che è indipendente dal valore della tensione di alimentazione su un campo di valori che va da 3Vdc a 30Vdc.
Corto circuiti di uscita verso massa o verso l'alimentazione positiva devono essere di breve durata, l'unità può distruggersi, non a causa di fusioni provocate dalla corrente di corto circuito, ma per il grande aumento della dissipazione nel circuito integrato che causerà eventuali rotture per l'eccessiva temperatura delle giunzioni.
Ponendo direttamente in corto circuito più di un amplificatore contemporaneamente, la dissipazione di potenza totale del circuito integrato aumenterà a livelli distruttivi, se non vengono protetti (gli amplificatori) appropriatamente con resistori esterni in serie all'uscita degli amplificatori per limitare la dissipazione.
Il grande valore (disponibile a 25°C) della corrente di source di uscita, permette una vasta disponibilità di corrente di uscita a temperature elevate (vedere le caratteristiche di funzionamento tipiche) rispetto a un amplificatore operazionale integrato standard.
I circuiti sottolineano il funzionamento con singola alimentazione.
Se sono disponibili alimentazioni complementari, possono essere utilizzati tutti i circuiti standard con amplificatori operazionali.
In generale, introducendo una pseudo-massa (una tensione di riferimento di VCC/2), si potrà far variare l'uscita al di sopra e al di sotto di questa in sistemi a singola alimentazione.
Vengono proposti molti circuiti con vantaggiose applicazioni, in quanto la massa è inclusa nel vasto campo delle tensioni di ingresso di modo comune.
In molti casi, possono essere facilmente adottati circuiti in cui l'ingresso non richiede corrente di polarizzazione e il campo delle tensioni di ingresso comprende la massa.