30Структура и основные параметры оу. Применение оу.
ОУ были разработаны в 50-х годах прошлого века для выполнения некоторых математических операций (сложение, вычитание, умножение, интегрирование и др.) в аналоговых ЭВМ. При выполнении подобных операций в настоящее время аналоговые элементы полностью вытеснены логическими цифровыми элементами. Но применение их перешло в другие сферы автоматики: датчики, измерительные приборы, усиление слабых сигналов и т.д. ОУ выпускаются промышленностью в виде ИС. Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель б), для изучения которого удобно предварительно рассмотреть параллельный балансный усилитель а).
В балансном усилителе имеется два совершенно одинаковых каскада, на базы которых подается входное напряжение. Транзисторы и резисторы Rк1 и Rк2 составляют мост. Выходное напряжение можно снимать с диагонали моста. Оба эмиттера имеют общий резистор RЭ.
П
ри
подаче Uвх
напряжения баз становятся равными ±
.
Такой сигнал называется парафазным
(противоположные фазы). Ток одного
каскада увеличивается, другого – на
столько же уменьшается. Ток через
сопротивление RЭ
не
изменяется, т.е. для парафазного напряжения
RЭ
не является сопротивлением ОС. При Uвх=0
Uвых
=0.
Коэффициент усиления усилителя
параллельного баланса такой же, как
коэффициент усиления одного каскада.
При подаче на оба входа разных сигналов Uвх1 и Uвх2 усилитель превращается в дифференциальный. При Uвх1=+ , а Uвх2=- (парафазное напряжение), усилитель работает как балансный, ток через резистор RЭ. остается постоянным, резистор не является резистором ОС. В дифференциальном усилителе входные сигналы могут отличаться и тогда выходной сигнал пропорционален разности входных напряжений. Например, при Uвх1= Uвх2 (синфазное напряжение) каждое плечо создает свой ток через RЭ, напряжение на нем равно двум напряжениям от одного плеча, ООС удваивается. Выходное напряжение равно нулю. Это качество широко используется для подавления помех, которые являются синфазными, в то время как полезные сигналы на обоих входах могут отличаться. В любом случае для подавления помех необходим минимальный коэффициент усиления синфазного сигнала, что достигается увеличением RЭ. Получается, что для уменьшения синфазного сигнала необходимо увеличение RЭ, а для усиления парафазного сигнала—уменьшение RЭ.Для достижения таких противоречивых качеств используют или генераторы стабильного тока или токовые зеркала: если ток в RЭ стабильный, это значит, что любое изменение напряжения вызывает очень малое изменение тока. Тогда в динамическом режиме (ΔI→0)
RЭ=
→∞.
В статическом режиме сопротивление определяется стабильным током и может быть как угодно малым.
Реализовать высококачественный ОУ на дискретных элементах почти невозможно. А в интегральном исполнении за счет стабильности и высокой идентичности элементов ОУ выпускаются серийно.
ОУ обычно имеют два входа и один выход (иногда два—прямой и инверсный) и включают несколько каскадов усиления, обеспечивающих коэффициент усиления напряжения от единиц до десятков тысяч. Обозначение ОУ в схемах таково.
В состав ОУ обычно входит каскад сдвига уровня напряжения, позволяющий получить на выходе нулевое напряжение при отсутствии напряжения на входе (исключает постоянную составляющую).
Выходной каскад для лучшего согласования с нагрузкой имеет малое выходное сопротивление. Часто в нём предусмотрена защита от перегрузок путем ограничения максимального тока выходных транзисторов. Необходимо показать двухтактный выходной каскад!
Наиболее употребительными параметрами являются:
-коэффициент усиления дифференциального (разностного) сигнала;
-коэффициент усиления и коэффициент ослабления синфазных входных напряжений;
-напряжение смещения—значение напряжения на входе ОУ, при котором напряжение на выходе равно нулю;
-входные токи Iвх1, Iвх2 и разность входных токов ΔI= Iвх1- Iвх2;
-потребляемые токи, входные и выходные сопротивления и проч.