14. Операционный усилитель (оу). Основные характеристики.

Операционный усилитель представляет собой аналоговый электронный прибор с дифференциальным входом, предназначенный для усиления и генерации электрических сигналов, реализации математических операций в аналоговой форме, создания электрических фильтров и пороговых устройств, т.е. для выполнения различных операций с электрическими сигналами. ОУ имеет два входа и один выход. Один из входов ОУ называется инвертирующим, т.к. при подаче на него напряжения знак его на выходе становится противоположным. Другой вход называется неинвертирующим: при подаче на него напряжения знак его на выходе не меняется. Такое состояние ОУ возможно вследствие питания от двух источников напряжения с различными знаками.

Условное графическое обозначение (УГО) операционного усилителя (ОУ)

Входы изображают слева, выходы - справа. Выводы, предназначенные для подключения источника питания (+U,-U), цепей компенсации напряжения смещения(NC) и частотной коррекции (FC) изображают в зонах дополнительных полей с любой стороны УГО. Идеальным считается усилитель с параметрами:

- Дифференциальный коэффициент усиления (усиление разности напряжений на входах усилителя) Кдиф → ∞

- Коэффициент усиления синфазного сигнала (напряжения на входах равны) Ксинф =0

- Входное сопротивление Rвх → ∞ (входные токи равны 0)

- Выходное сопротивление Rвых=0.

Параметры реального усилителя отличаются от идеальных.

- Дифференциальный коэффициент усиления Кдиф = 103...106

- Коэффициент усиления (ослабления) синфазного сигнала Ксинф = - 60...-120дБ

- Входные токи смещения (10-7-10-15 А)

- Входное сопротивление 2·10^5– 10^12 Ом

- Выходное сопротивление (или максимальный ток в нагрузке) (50 – 200 Ом)

- Скорость нарастания выходного напряжения (106-109 В/с)

- Частота единичного усиления (0,2 – 10 МГц) (значение частоты входного сигнала, при которой коэффициент усиления равен единице)

15. Обратные связи в оу. Их влияние на параметры и характеристики усилителя.

Усилитель, у которого часть энергии выходного сигнала подается на вход, называется усилителем с обратной связью. Структурная схема усилителя с обратной связью показана на рисунке:

На вход усилителя с коэффициентом усиления К подается сигнал y. Он равен сумме входного сигнала xвх и сигнала z, поступающего по цепи обратной связи z = Β · xвых. Здесь Β - коэффициент обратной связи. Сигнал на выходе усилителя xвых будет равен y · K, или: xвых = (xвх + Β · xвых) · К. Связь между входным и выходным сигналами в таком усилителе равна:

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен:

В рассмотренном случае y = хвх + z, т.е. на входе сигналы суммируются. Такая обратная связь называется положительной. Положительная обратная связь в усилителях не используется.

В усилителях используется отрицательная обратная связь (ООС), при которой y = хвх - z.

Коэффициент усиления усилителя с ООС равен

где К – коэффициент прямой передачи, или коэффициент усиления без обратной связи, Β – коэффициент передачи цепи обратной связи, 1 + Β·k – глубина обратной связи, Β·k – петлевое усиление.

При Β·k >> 1, Koc ≈ 1/Β, т.е. при глубоком ООС зависит только от свойств цепи обратной связи.

В общем случае K и Β имеют комплексный характер . Для упрощения удобно считать частотно независимыми, т.е. действительными величинами K и Β.