Гайд по замене ОУ в советских приборах

Сегодня я немного поделюсь опытом замены ОУ в старых советских приборах. И практиках которые я для себя выработал.

ВНИМАНИЕ!!! ОПАСНО, КОЛХОЗ OVER9000!!!

Одно из самых любимых моих действий при припарировании старых приборов, это замена ОУ, и вот почему: 30 лет тому назад в СССР было множество ОУ которые сегодня считаются классом Low-end. На них не нормировались допуски по шумам, они имели огромные дрейфы как временные так и температурные. Сегодня ОУ есть куда более хорошо сваренные, а понятие подстройки баланса у многих современных ОУ вообще уходит в небытие. А приподнять немного тот или иной параметр горской деталек без переделки схемы, это очень увлекательно.

Какие профиты можно получить от замены операционников:

  • Уменьшение температурных дрейфов каскада.
  • Уменьшение временных дрейфов каскада.
  • Подстройка баланса перестает быть нужной, и процесс настройки прибора упрощается.
  • Уменьшение входных токов.
  • Четко описанные и гарантированные производителем шумовые характеристики.

В это-же время можно огрести и пачку проблем:

  • Самовозбуд ново-впаенного операционного и необходимость его компенсации.
  • Увеличение тока потребления.
  • Увеличение шумовой полки каскада.
  • Нежелательный сдвиг фазы, в основном как следствие “докомпенсации”.
  • Увеличение травматизма платы.
  • Колхоз по посадке соиков на место DIP-ов или металло-стеклянных корпусов.
  • Трата некислой такой пачки денег!
  • Вероятность получения нулевого результата или-же вовсе негативного.

Современность диктует новые правила, электроника семимильными шагами движется по направлению к low-voltage и single-rail концептам построения систем питания. А во времена СССР напротив, широко использовалась двухполярка, часто с размахом питания от -15В до +15В, и размахом сигнала от -10В до +10В. Для большинства современных ОУ это “до хрена как много!”. Это очень сильно ограничивает выбор ОУ для замены, но я таки подобрал несколько хороших операционников, которые есть смысл использовать.

Начнем с обратного, а именно с того какие операционники я встречал в моих не многочисленных приборах времен СССР:

КР140УД708

Один из самых настоящих Low-end операционников, на сегодняшний день.

  • Смещение нуля до +-9мВ.
  • Температурный дрейф менее 150 мкВ/C.
  • Входной ток до 400 нА.
  • Скорость нарастания более 0.3В/мкс.
  • Коэффициент усиления более 30 000.

На его место отлично встает AD OP177GPZ, у него намного меньше смещение(типично 20 мкВ) при дрейфе 0.7 мкВ/C и 0.4 мкВ/месяц, входной ток ниже, около 0.3нА. По остальным параметрам это почти полный аналог. Докомпенсировать каскады при такой замене приходится довольно редко.

КР551УД1А

Тоже та-еще какашка…

  • Смещение нуля до +-1.5мВ.
  • Температурный дрейф – не указан.
  • Входной ток до 100 нА.
  • Скорость нарастания – не указана.
  • Коэффициент усиления более 500 000.

С ним чуть все посложнее… Это один ОУ в корпусе на 14 ног(нафига, я не понял), пин-ту-пин совпадающих ОУ с лучшими характеристиками – нет. Но есть лайфхак! Его распиновка совпадает с OP177 если ее ставить на это место со смещением:

Обратите внимание, слева на фото приложена извлеченная из платы микросхема. Как можно видеть, я эти корпуса выкусываю тонкими и острыми кусачками “под корень”, а потом аккуратно выпаиваю из платы ножки. Это наносит плате минимум травм.

Что касается самой замены, 177-я отлично встает на новое место и как привило проблемы при такой замене минимальны.

КР140УД20А

  • Смещение нуля до +-3мВ.
  • Температурный дрейф – не указан. (но он огромен)
  • Входной ток до 80 нА.
  • Скорость нарастания – 0.3В/мкс.
  • Коэффициент усиления более 50 000.

Очень проблемный ОУ! У него так-же дикие смещения и дрейфы, но дело осложняется тем, что это сдвоенный ОУ, с очень нетиповой распиновкой. Их я пока ни одного не заменил, но такие планы есть, для этого я заказал переходниник с двух типичных SOIC-8 ОУ на УД20:

Когда протестирую отпишусь.

Теперь устремим свой взор на более прецизионные ОУ времен совка diablo

КР544УД1А

  • Смещение нуля до +-20мВ.
  • Температурный дрейф – 30 мкВ/C.
  • Средний входной ток 0.05 нА.
  • Скорость нарастания – 5В/мкс.
  • Коэффициент усиления более 200 000.

Как видно, данный ОУ качественно отличается от предыдущих малым входным током, и температурный дрейф уже куда лучше. Его если и есть смысл менять, то только для получения еще меньшего входного тока. Либо-же если есть желание выкинуть из прибора подстройку смещения. Эти ОУ обычно ставились только в те цепи, где критичны входные токи.

Хорошим вариантом замены является TI OPA140AIDR, его типичный входной ток 0.5 пА а температурный дрейф 0.35 мкВ/C. Да и смещение нуля у него всего около 30 мкВ. Но он шустр и резв, его скорость нарастания составляет около 20В/мкс. И вот какраз 140-е опашки обычно очень весело возбуждаются и подзвенивают, а так-же любят наличие керамики рядом с входами питания…. Очень веселый операционник скажу я вам!!! Но если ему обеспечить нормальное питание и скомпенсировать его, то равных ему просто нет. По сути он наверное может быть даже “универсальным ОУ для модификации приборов СССР”. По сумме его характеристик ни я ни BSW_M не нашли ничего лучше. Кстати изначально данный ОУ мне посоветовал именно BSW_M, за что ему огромное человеческое спасибо!

Этот ОУ пин-ту-пин совместим с OP177, но не имеет цепей балансировки, и он не выпускается в DIP корпусах. Для установки соиков в дип-ы я применяю вот такие переходнички и гребенки контактов PLS.

На момент написания материала, я их покупал в Tixer.ru, но прям уж рекомендовать их я не могу, т.к. есть желание их нарисовать самому, учитывая нюансы с питанием.

Выходит что-то нечто такого…

К140УД17А

Этот ОУ можно даже сегодня смело отнести к классу прецизионных.

  • Смещение нуля до +-0.075мВ.
  • Температурный дрейф – 3 мкВ/C.
  • Средний входной ток 4 нА.
  • Скорость нарастания – 0.1В/мкс.
  • Коэффициент усиления более 200 000.

Чтобы его поменять, надо очень хорошо все продумать по 10-20 раз. На его место не так-то уж и просто подобрать замену. Я-бы рекомендовал только два ОУ из тех с которые пробовал, это OPA140 либо чоппер AD ADA4523-1. Применимость каждого из них, надо рассчитывать в каждом конкретном случае, с учетом всех параметров цепи, и думать есть ли смысл в такой замене.

Ну и надо понимать, что встанет SOIC-8 на плату, в замен метало-стеклянного корпуса очень колхозно! crazy

Я начинаю думать о таких заменах только в случае когда на этом ОУ производится масштабирование на коэффициенты 1:100 и более.

Кстати, ADA4523-1 собран на новом чоппер-концепте, с повышенной частотой до 330 KHz, и обеспечивает неплохую компенсацию негативных эффектов присущих чопперам. К сожалению его блок-схемы я не нашел, но она я думаю не сильно далека от его низковольного собрата ADA4528-1.

Полевики

“Ой! а какое отношение полевики имеют к ОУ?” скажете вы… ну косвенное, вообщем-то, но имеют!

Во времена СССР с ОУ у которых были малые входные токи было весьма сложно, по этому нормальной практикой считалось: раскачать высокоимпедансный сигнал с помощью полевика(MOSFET или хитро-смещенный JFET) А потом уже с усиленным по току сигналом работать каскадами на ОУ. Это дает температурные проблемы, проблемы подбора компонентов и т.д.

или

В современном-же мире от этого концепта отходят в пользу единого ОУ с фемтоамперными входами, как к примеру мои любимые LTC6268 которому свойственна очень широкая полоса или ADA4530-1 в котором AD-шники сварили входной каскад настолько хорошо, что он выглядит просто идеально. Есть конечно и другие ОУ этого класса входных токов. Такие ОУ сегодня принято варить с внутренней температурной компенсацией, которой очень сложно добится при сборке каскада на рассыпухе. Тут конечно уже начинается легкий хардкор, когда начинаешь думать о том что и как лучше сделать с такими цепями. Но тем не менее обратить внимание на такие варианты есть смысл.

Резюме

Так-же как вариант схожий с OPA140 я рассматриваю и OPA145 как вариант ОУ “на любой случай”, он чуть хуже, но дешевле и менее прожорливый по питанию.

Мне встречались и другие реинкарнации ОУ СССР, но общий подход у меня к ним примерно тот-же. Помните, помимо ОУ есть и масса других деталек на платах… какие-то протухают со временем, какие-то изначально заложены на грани фола, лишь быть хоть как-то упихать прибор в рамки спецификации. На них тоже надо обращать внимание.

Вынужден повторить: не каждая замена имеет смысл, не каждая даст какое-то улучшение. Лично к примеру я это осознаю в полной мере, чего желаю и Вам. Помните товарищи! Инженеры совка были совсем не дураки, и их очень хорошо учили считать и проектировать… в отличии от инженеров современности.

Добавить комментарий