Вопрос 25: оу. Определения, назначение, обозначения, входные и выходные параметры, характеристики передач.
Операционные усилители (ОУ)
Если разделительные конденсаторы между каскадами отсутствуют, то это УПТ.
Требования:
с
табильность
коэффициента усиления напряжения в
широком диапазоне частот
ku
fθ f
широкий динамический диапазон сигналов
высокая температурная и временная стабильность
амплитудная характеристика
Uвых
Uвх
По принципу действия:
усилители прямого усиления (УПУ)
усилители с преобразованием сигнала (УПС)
Усилители
переменного тока
Демодулятор
Модулятор
k
Усилитель
ного напряжения (при отсутствии входного сигнала).
Uдрейфа = 1 мкВ ÷ 1 мВ.
У УПУ Uдрейфа = 100 мкВ ÷ 0.5 мВ. УПУ на основе ОУ.
ОУ – законченный высокостабильный, широкополосный, высококачественный УПТ, имеющий высокий коэффициент усиления.
В идеале: Rвх → ∞, Rвых → 0, ku → ∞.
На
входе дифференциального каскада:
Вход, напряжение которого совпадает по фазе с выходным напряжением, называется неинвертируемым. Если же есть сдвиг по фазе – инвертируемый.
В структуре ОУ есть:
входная часть (дифференциальный усилитель).
выходная часть (безтрансформаторный каскад усилители по мощности) обеспечения работы усилителя на заданной нагрузке.
эмиттерный повторитель (если поставить, то Rвых → 0).
Для уменьшения входных токов входной каскад работает в микрорежиме при токах коллектора 20 мА и имеет небольшой коэффициент усиления.
Основное усиления обеспечивает два, три каскада, собираемые на составных транзисторах. Каскады связи – эмиттерные повторители.
В зависимости от целевого назначения ОУ выпускаются:
ОУ общего назначения
прецизионные ОУ (повышенный коэффициент усиления, малые дрейфы и собственные шумы)
быстродействующие ОУ (высокая скорость изменения выходных напряжений)
микромощные ОУ (для батарейной аппаратуры) (малые токи питания (меньше 1 мА)).
Программируемые ОУ, где дополнительный управленческий вход для дополнительного сигнала. В зависимости от сигнала характеристики усилителя могут меняться.
Существуют управляемые источники напряжений (УТУН).
Основные параметры ОУ:
входные параметры
выходные параметры
характеристики передач
Входные параметры:
входное напряжение смещения (обусловлено наличием Uвых = 0 при нулевых входных сигналах). Это эквивалентно тому, что есть идеальный усилитель, на вход которого подано идеальное напряжение. У обычных усилителях 1 ÷ 10 мВ.
Входной ток (при разности падений напряжений на внутренних сопротивлениях, созданных этими токами, между входами ОУ появляется дифференциальное напряжение, изменяющее выходное напряжение). Для исключения этого эффекта последовательные резисторы на входах выбираются одинаковые.
Разность входных токов: ∆Iвх = Iвх1 – Iвх2 =
Входное сопротивление:
входное дифференциальное сопротивление
входное синфазное сопротивление
Входное дифференциальное сопротивление – полное сопротивление со стороны любого входа, в то время как другой соединен, например, с землей. Rвх дф десятки кОм ÷ МОм.
Входное синфазное сопротивление – характеризует изменение среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. Должно быть бесконечно. Но в реальности на 2 – 3 порядка выше входного дифференциального сопротивления.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала – kос сф = Uвх cф / Uвх дф = 65 ÷ 80 дБ.
Коэффициент шума – kш – это отношение приведенной ко входу мощности шума усилителя, работающего от источника, к мощности шума активного сопротивления Rп.
Выходные параметры:
Выходное сопротивление
Максимальное выходное напряжение
Выходной ток
Характеристики передачи:
Коэффициент усиления по напряжению (от десятков тысяч до миллионов)
Ширина полосы пропускания (от нескольких МГц)
ku
f
С
корость
нарастания выходного напряжения
0.9 Uвых
0.1 α
Tу – время установление выходного напряжения (определяет длительность переходного процесса и устанавливает интервал времени от достижимости от 0.1 до 0.9)
Время возвращения усилителя из состояния насыщения по выходу в линейный режим – tвосстан-я.