LM6171, структура и секреты использования

LM6171 это довольно уникальный ОУ по набору характеристик, но увы вокруг него на радиолюбительских форумах и т.д. много недостоверной, а порой и просто ложной информации. В этом небольшом очерке я попробую это исправить, рассказав как устроена 6171 и несколько "секретов" ее использования.

Бытует ошибочное мнение, поддерживаемое рисунком упрощенной структуры 6171 из даташита (рис 1), что данный оу является усилителем с токовой обратной связью (current feedback) у которого буферизирован резистор обратной связи по инвертирующему входу.

Но не надо много думать, чтоб понять что такая структура давала бы большие искажения из за нелинейности буфера, и еще худший КОСС нежели у current feedback оу.

LM6171/7171 является однокаскадным ОУ, состоящим их входного двухтактного дифкаскада, пары токовых зеркал и двухтактного трехкаскадного ВК. Упрощенная схема LM6171 представлена ниже (не показаны цепи снятия сигнала с обоих ветвей ДК и т.п.):

Входной дифкаскад состоит из транзисторов Q3-Q6 с эмиттерным резистором местной обратной связи RE и повторителями Q1, Q2, Q7, Q8. Транзисторы Q11, Q12, Q13, Q23 формируют токовые зеркала Вилсона. Q16, Q21, Q15, Q22, Q17, Q20 - трехкаскадный ВК со следящей связью первого каскада и токовым лимитером Q18, Q19. Rcomp, Ccomp, CE - элементы частотной коррекции оу. Rc, Cc - местная ос для обеспечения устойчивости на небольшую емкостную нагрузку и обхода ВК на вч. Rin+, Rin-, Rb(1-4), R4, R14, R5, R10, R6, R9 - цепи доп. формирования АФЧХ ДК, токового зеркала и ВК.

Проработка автором схемотехнических мелочей и лейаута кристалла делают этот ОУ не только пригодным для ВЧ сигналов, но также отлично подходящим для аудио применений, где ему фактически не будет равных.

Из внутренней структуры LM6171 / LM7171 становятся понятные "секреты" ее правильного использования:

1. Элементы частотной коррекции в данном оу установлены из высокоомной точки на шины питания, частота единичного усиления данного оу 100-200Мгц, а это значит что импеданс шин питания будет иметь прямое влияние на устойчивость данного оу. Для обеспечения номинального запаса по фазе требуется установка SMD керамических конденсаторов в непосредственной близости к ногам питания, не более 5мм от них.

2. ВК данного оу работает фактически в классе Б что опять же представляет требования к импедансу шин питания, кроме керамических SMD конденсаторов, в непосредственной близости, и с минимальным контуром должны быть установлены полимерные конденсаторы.(обеспечение стабильности работы стабилизатора питания на такую емкость это уже отдельная история)

3. ВК данного оу является трехкаскадным, а это значит повышенную чувствительность к импедансу нагрузки на вч.

4. Высокая частота единичного усиления накладывает требования на сопротивление делителя оос и паразитную емкости в суммирующей точке. Без дополнительной частотной коррекции цепи оос резисторы делителя оос должны иметь сопротивление не более 0,5-1к.

АФЧХ LM6171 /  LM6172 / LM7171 на нагрузку 1кОм при питании +-15В приведены ниже:

LM6171 (на 100кГц гейн 57,5дб):

LM6172 (на 100кГц гейн 57,4дб):

LM7171 (на 100кГц гейн 62,5дб):

SPICE модели повышенной точности LM6171, LM6172, LM7171

Пример использования данных оу в аудио.

Литература:

1. Farhood Moraveji "A Low-Power, High-speed, Voltage-Feedback Operational Amplifier on a low-cost 40 Volt Complementary Bipolar Technology" 1994 Bipolar/BiCMOS Circuits & Technology Meeting

2. Farhood Moraveji "A Wide-Band, Low-Power, High Slew Rate Voltage-Feedback Operational Amplifier" IEEE JOURNAL OF SOLID–STATE CIRCUITS, VOL. 31, NO. 1, JANUARY 1996

"Directly or indirectly, all questions connected with this subject must come for decision to the ear, as the organ of hearing; and from it there can be no appeal" J.W.S. Rayleigh