Зміст

Вступ

Основна частина.

1. Операційний підсилювач……………………………….…4

1.1. Принципові схеми операційних підсилюва……………...…..6

1.2. Операційний підсилювач типу 140УД7. ………………..…....7

2. Класифікація ОП…………………………………………………....10

   1. Інвертуючий підсилювач…………………….…..11

   2. Неінвертуючий підсилювач…………………...…14

3. Суматори…………………………………………………16

   1. Інвертуючий суматор………………………….….17

   2. Неінвертуючий суматор………………………….18

4. Розрахункова частина…………………………….……19

Висновок………………………………………………………..20

Додатки.

Додаток 1……………………………………………………….21

Додаток 2……………………………………………………….22

Прийняті скорочення…………………………………………23

Список використаної літератури………………………….. 24

Вступ

Підсиилювач операці́йний  (рос.операционный усилитель, англ.operationalamplifier, нім. Operationsverstärker m) — високоякісний підсилювач високого струму, призначений для виконання різних операцій над аналоговими сигналами при роботі в схемах з негативним зворотним зв’язком. За принципом дії та схемним рішенням їх поділяють на інвертувальні та неінвертувальні. Застосовуються в різних схемах радіотехніки, автоматики, інформаційно-вимірювальної техніки, де необхідно підсилювати сигнали, в яких є постійна складова.

Операційний підсилювач - аналогова мікросхема, побудована на десятках транзисторів. Дозволяє будувати на ній елементи систем керування та перетворення сигналів (ланки кіл керування — див. Теорія автоматичного керування).

Операційний підсилювач (ОП, Opamp) — підсилювач постійного струму з диференціальним входом і, як правило, єдиним виходом, що має високий коефіцієнт посилення. Як правило, Оп використовуються в схемах з глибоким негативним зворотним зв'язком, який, завдяки високому коефіцієнту посилення ОП, повністю визначає коефіцієнт передачі отриманої схеми.

В даний час ОП отримали широке застосування як у вигляді окремих чіпів, так і у вигляді функціональних блоків у складі складніших інтегральних схем. Така популярність обумовлена тим, що ОП є універсальним блоком з характеристиками, близькими до ідеальних, на основі якого можна побудувати безліч різних електронних вузлів.

Операційний підсилювач спочатку був спроектований для виконання математичних операцій (звідси його назва), шляхом використання напруги як аналогової величини. Такий підхід лежить в основі аналогових комп'ютерів, в яких ОП використовувалися для моделювання базових математичних операцій (складання, віднімання, інтеграція, диференціювання і т. д.).

Проте ідеальний ОП є багатофункціональним рішенням схемотехніки, він має безліч застосувань крім математичних операцій. Реальні ОП, засновані на транзисторах, електронних лампах або інших активних компонентах, виконані у вигляді дискретних або інтегральних схем, є наближенням до ідеальних.

Перший широко доступний ОП в інтегрального виконання, був випущений ще в далеких 1960х роках. Це був легендарний мa709 — ОП фірми Fairchild, виконаний за біполярною технологією, розроблений Робертом Відларом (англ. Robert J. Widlar) в 1965 році. Майже відразу ж на заміну мa709 з'явився 741, який мав кращі харарактерістіки, був стабільніший і простіший у використанні. ОП мa741 проводиться до цих пір, він став справді усюдисущим в електроніці — багато виробників випускають версії цього класичного чіпа (їх можна дізнатися по числу «741» в найменуванні).

Пізніше були розроблені ОП і на іншій елементній базі: на польових транзисторах з p-n переходом (кінець 1970х) і з ізольованим каналом (почало 1980х), що дозволило істотно поліпшити ряд характеристик. Багато з сучасніших ОП можуть бути встановлені в схеми, спроектовані для 741 без яких-небудь доопрацювань, при цьому характеристики схеми тільки покращають.

Застосування ОП в електроніці надзвичайно широко — операційний підсилювач, ймовірно, найбільш елемент, що часто зустрічається, в аналоговій схемотехніці. Додавання лише декілька зовнішніх компонентів робить з ОП конкретну схему аналогової обробки сигналів. Багато стандартні ОП коштують всього декілька центів в крупних партіях, але підсилювачі з нестандартними характеристиками (у інтегрального або дискретного виконання) можуть коштувати $100 і вище.

1. Операційний підсилювач

Операційний підсилювач (ОП) - це ППС, що має високий коефіцієнт підсилення, два входи (так званий диференційний вхід) і один вихід.

Зазвичай ОП будують як ППС з безпосередніми зв'язками між каскадами, з диференційним входом і біполярним відносно амплітуди підсилюваного сигналу виходом. Це забезпечує нульові потенціали на вході і виході ОП за відсутності вхідного сигналу. Тому такі підсилювачі лег­ко з'єднувати послідовно, а також охоплювати зворотними зв'язками.

За своєю структурою ОП бувають три- або двокаскадні.

За трикаскадною схемою будувались ОП у інтегральному виконанні першого покоління. Перший диференційний каскад у них працює в ре­жимі мікрострумів, забезпечуючи тим самим високий вхідний опір.

Другий диференційний каскад забезпечує підсилення напруги. Третій каскад, вихідний, виконується як двотактний з СК і забезпечує підси­лення потужності, а також низький вихідний опір.

ОП другого покоління будуються за двокаскадною схемою. Це стало можливим із зростанням рівня інтегральної технології. При цьому, перший каскад забезпечує і високий вхідний опір, і великий коефіцієнт підсилення за напругою. Другий каскад є підсилювачем потужності.

Свою назву ці підсилювачі одержали у зв'язку з тим, що спочатку вони використовувались для моделювання математичних операцій (множення, додавання, віднімання, диференціювання, інтегрування та ін.) в аналогових обчислювальних машинах (АОМ).

Із розвитком інтегральної техніки області використання ОП значно розширились. Нині вони використовуються в основному як високо­якісні підсилювачі напруги при побудові будь-яких електронних при­строїв. А АОМ тим часом були витіснені цифровими обчислювальни­ми машинами.

Поширеному застосуванню ОП сприяють їхні високі параметри. Це великий коефіцієнт підсилення за напругою, що становить K = (104­106); високий вхідний опір кожного з входів - R> 400 кОм; низький вихідний опір Reux< 100 Ом; досить широкий частотний діапазон - від нуля до одиниць мегагерц.

За ними ОП для багатьох застосувань наближаються до ідеального

підсилювача, що має:

1. Ku = &;

2. Два симетричних входи з Rвх = &;

3. Rвих = 0;

4. Безкінечний діапазон частот підсилюваного сигналу.

При цьому зазначимо, що як лінійні підсилювачі у десятки тисяч

разів реальні ОП не застосовують, бо їхній коефіцієнт підсилення (як і інші параметри) - величина вкрай нестабільна (наприклад, під дією температури).

Умовне позначення ОП наведене на Рис1,а (на Рис.1,б,в надано умовні позначення, прийняті у деяких зарубіжних країнах).

Рис.1.1- Умовні позначення ОП

Вхід, на який подано U називається інвертуючим, а U_н - неінвертуючим.

Якщо сигнал подати на неінвертуючий вхід, то зміни вихідного сиг­налу співпадають за знаком (фазою) із змінами вхідного. Якщо сигнал подати на інвертуючий вхід, то зміни вихідного сигналу матимуть проти­лежний знак (фазу) щодо змін вхідного. Інвертуючий вхід використову­ють для охоплення ОП зовнішніми НЗЗ, а неінвертуючий - ПЗЗ.

1.1 Принципові схеми операційних підсилюва.

Коротко розглянемо деякі характерні принципові схеми ОП.

ОП типу 153УД1 (Додаток 1) має трикаскадну структуру. Перший диференційний каскад побудований натран зисторах VT1, VT2 з джерелом струму на транзисторі VT3. Другий на складених транзисторах VT5,

VT6 і VT8, VT9 (для забезпечення великого коефіцієнтапідсилення підсилення_-_____за напругою Вихідний двотактний каскад утворюють_VT14_і_VT15. Інші-елементи,забезпечують стабільне живлення першого каскаду і узгодження другого з вихідним (зверніть увагу: без кола на схемах позначають транзистори, що не мають власного безкорпусні).

Схемотехніка цього підсилювача багато у чому повторює схемотех­ніку ППС на дискретних елементах.

Особливістю інтегральної схемотехніки у даному разі є застосуван­ня в якості джерела струму Ід для вхідного диференційного каскаду так званого "струмового дзеркала", побудованого на транзисторахVT3, VT7. Суть його роботи полягає у тому, що за однакових пара­метрів транзисторів (а при виконанні на одному кристалі у одному технологічному циклі вони дуже подібні) струм коллектора VT3 наслі­дує - "віддзеркалює" - струм колектора VT7: напруга з VT7 у діодному вмиканні задає струм бази VT3, що працює у режимі генератора стру­му. При цьому нестабільність І визначається нестабіль­ністю контактної різниці потенціалів емітерного переходу VT7. Задаю­чи відповідним чином величини опору резисторів, увімкнених послідовно з VT7, і напругу живлення каскаду, забезпечують стабілізацію режиму VT7, а отже і VT3.