К153УД1 — это универсальный интегральный операционный усилитель средней точности, выполненный по биполярной технологии на кристалле, содержащем около 90 интегральных элементов. Его сердце — дифференциальный входной каскад на биполярных транзисторах, работающий в режиме малых коллекторных токов: именно это даёт сравнительно высокое входное сопротивление (порядка сотен килоом) при малом напряжении смещения и большом коэффициенте усиления по напряжению (десятки тысяч раз). Как и положено «операционнику», микросхема сама по себе не задаёт функцию — её поведение целиком определяется внешними цепями обратной связи, что и делает её строительным блоком для инвертирующих и неинвертирующих усилителей, сумматоров, интеграторов, дифференциаторов и компараторов.
Главная конструктивная особенность К153УД1 — внешняя частотная коррекция. У усилителя нет встроенного корректирующего конденсатора, поэтому для устойчивой работы к специально выведенным выводам коррекции подключают внешние RC-цепочки. Это классический компромисс раннего поколения ОУ: с одной стороны, разработчик обязан аккуратно рассчитать коррекцию под конкретную схему и глубину обратной связи, иначе усилитель самовозбуждается; с другой — грамотно подобрав цепи, можно выжать из микросхемы максимум полосы и скорости под свою задачу, а не мириться с усреднённой «зашитой» коррекцией. Расплата за простоту — необходимость аккуратного монтажа и того, что паразитные и корректирующие ёмкости ограничивают размах выходного напряжения на высоких частотах, поэтому К153УД1 и позиционировали для работы на относительно невысоких частотах.
Прямой прототип и функциональный аналог К153УД1 — американская микросхема µA709 фирмы Fairchild Semiconductor, один из первых массовых монолитных операционных усилителей, разработанный в середине 1960-х (авторства знаменитого Боба Видлара). µA709 задала целую эпоху и стала образцом для советской микроэлектроники — К153УД1 фактически повторяет её схемотехнику и цоколёвку. Стоит помнить характерную черту этого семейства: у 709-го прототипа не было защиты выхода от короткого замыкания и «защёлкивания» входа, поэтому обращаться с такими усилителями нужно было заметно осторожнее, чем с более поздними «народными» ОУ вроде 741 (µA741 / К140УД7), которые получили и внутреннюю коррекцию, и защиту.
В аппаратуре К153УД1 применяли там, где требовался недорогой и достаточно точный аналоговый усилитель постоянного тока: измерительные и усилительные тракты, схемы сравнения напряжений и пороговые устройства, генераторы прямоугольных импульсов, аналоговые вычислительные и преобразовательные узлы. Историческая ценность серии в том, что она относится к самому первому поколению отечественных монолитных операционных усилителей — с неё во многом начиналась советская линейная микроэлектроника. Со временем более удобные усилители с внутренней коррекцией потеснили эту микросхему в новых разработках, но в ремонте и повторении старых конструкций К153УД1 (и близкий К153УД101) остаётся вполне живой и узнаваемой деталью радиолюбительской и промышленной техники своего времени.
Корпуса
Корпус ИМС К153УД1АКорпус ИМС К153УД101А
Условное графическое обозначение ИМС К153УД1А, К153УД101А
1,8 — частотная коррекция I
2 — инвертирующий вход
3 — неинвертирующий вход
4 — напряжение питания (−Uп)
5 — частотная коррекция II
6 — выход
7 — напряжение питания (+Uп)
Схема инвертирующего усилителя на К153УД1А, К153УД101А
Коэффициент усиления изменяется с помощью резисторов R1 и R3.
Схема компаратора напряжения на ИМС К153УД1А, К153УД101А
Схема генератора прямоугольных импульсов на К153УД1А, К153УД101А
Период генерации определяется элементами R1, R2, R4 и C1.
Схема дифференциатора на К153УД1А, К153УД101А
Постоянная времени определяется элементами R1 и С1.
Электрические параметры
1
Номинальное напряжение питания
± 15 В ± 10 %
2
Максимальное выходное напряжение при Uп = ± 15 В, Uвх = ± 0,15 В, Rн = 2 кОм
≥ |± 10| В
3
Напряжение смещения нуля при Uп = ± 16,5 В, Rн ≥ 10 кОм
≤ 7,5 мВ
4
Входной ток при Uп = ± 16,5 В, Rн ≥ 10 кОм
≤ 1500 нА
5
Средний входной ток при Uп = ± 16,5 В, Rн ≥ 10 кОм
≤ 2000 нА
6
Разность входных токов при Uп = 16,5 В, Rн ≥ 10 кОм
≤ 500 нА
7
Ток потребления при Uп = ± 16,5 В, Rн ≥ 10 кОм
≤ 6 мА
8
Коэффициент усиления напряжения при Uп = ± 15 В, Rн = 2 кОм, f = 50 Гц
≥ 20000
9
Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений при Uп = ± 15 В, Rн ≥ 10 кОм, Uвх = 8 В
≥ 65 дБ
10
Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения нуля
≤ 200 мкВ/В
11
Скорость нарастания выходного напряжения
0,2 В/мкс
12
Время установления выходного напряжения
0,3 мкс
13
Частота единичного усиления
1 МГц
14
Входное сопротивление
260 кОм
15
Выходное сопротивление
150 Ом
Предельно допустимые режимы эксплуатации
1
Напряжение питания / в предельном режиме
± (13,5...16,5) В / ± (8,1...16,5) В
2
Входное напряжение / в предельном режиме
≤ ± 4,5 В / ± 5 В
3
Синфазные входные напряжения при Uп = ± 16,5 В
≤ ± 8 В
4
Сопротивление нагрузки
≥ 2 кОм
5
Рассеиваемая мощность / в предельном режиме
≤ 450 мВт / ≤ 500 мВт
6
Статический потенциал
100 В
7
Температура окружающей среды
-45...+85 °C
Общие рекомендации по применению
Максимальная температура пайки микросхем (270 ± 10) °C, расстояние от корпуса до места пайки не менее 1,5 мм, продолжительность пайки не более 3 с. Допускается не более трёх перепаек при проведении монтажных операций.
Зарубежные аналоги
μA709
Литература
Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 2. / А. В. Нефедов. — М.: ИП РадиоСофт, 1999г. — 640 с.: ил.
