Широкополосный составной усилитель

В этом составном усилителе следует использовать в качестве У₁ — прецизионный ОУ, а в качестве У₂ — скоростной. Преимущество этой схемы перед предыдущей заключается в том, что разброс сопротивлений резисторов R₃ и R₄, а также величина коэффициента усиления ОУ У₂ практически не сказываются на точности установки общего коэффициента усиления схемы, который задается отношением сопротивлений резисторов R₁ и R₂. Общая отрицательная обратная связь обеспечивает схеме прецизионные точностные параметры, соответствующие усилителю У₁. Данная структура требует особо тщательного подхода с точки зрения обеспечения устойчивости при замыкании общей петли обратной связи и накладывает определенные условия на соотношение коэффициентов усиления и граничных частот обоих усилителей. В таблице представлены параметры составного усилителя на основе прецизионных ОРА627/637 и широкополосного ОРА603 с токовой обратной связью, имеющего частоту единичного усиления 160МГц и скорость нарастания 1000 В/мкс.

Для такой широкополосной схемы требуется особенно тщательно выполнить монтаж. В частности, необходимо обеспечить минимальную емкость монтажа точки соединения резисторов с инвертирующим входом ОРА603 и использо­вать для питания усилителей раздельные цепи с отдельными блокирующими конденсаторами.

Параметры составного усилителя с токовой обратной связью

Снижение шума оу.

Все основные виды шума в электронных схемах являются центрированными (т. е. имеющими нулевое математическое ожидание), с нормальным распределением. Поэтому снижение уровня (среднеквадратического значения) шума производят путем временного или пространственного усреднения. Временное усреднение осуществляется путем ограничения полосы пропускания канала усиления сигнала с помощью фильтра нижних частот или полосового фильтра. Уменьшение полосы пропускания в 4 раза вызывает снижение среднеквадратического значения шума в 2 раза и т. д. Это, вообще говоря, справедливо лишь для шума с равномерным частотным спектром (белого), поэтому для низкочастотной области (< 0,1...10 кГц — для разных моделей ОУ эта граница различна), где существенную часть составляет шум типа 1/f, соотношение будет иным.

В случае если ограничение полосы недопустимо (снижается быстродействие), можно прибегнуть к пространственному усреднению. Для этого N однотипных усилителей включаются параллельно.

Параллельное соединение оу для снижения шума

Выходное напряжение схемы равно среднему арифметическому от выходных напряжений усилителей У₁, У₂, У₃ ...У_N/ Шумы усилителей, подключенных к источнику входного сигнала, некоррелированы. Считая среднеквадратические значения шума на входах однотипных усилителей равными, найдем действующее значение напряжения шума на выходе схемы

Это означает, что, включив параллельно, например 4 ОУ, мы снизим напряжение входного шума вдвое.

Однополярное питание операционных усилителей

Мобильные электронные системы с питанием от батарей получают все большее распространение. Обычно в них используется однополярное питание напряжением 5 В и меньше. Схемы с однополярным питанием позволяют уменьшить сложность источника питания и зачастую повысить экономичность устройств.

ОУпреимущественно используются в схемах с двухполярным питанием, поскольку входные и выходные сигналы ОУ чаще всего могут иметь как положительную, так и отрицательную полярность относительно общей шины схемы. В этом случае, если неинвертирующий вход ОУ соединен с общей шиной, синфазное входное напряжение, вызывающее погрешность преобразования сигнала схемой на ОУ, отсутствует. Тогда выходное напряжение ОУ

Если источник входного сигнала не соединен с общей шиной, см. рисунок (а), то разность потенциалов V_СОМ между общей шиной и выводом источника входного сигнала влияет на выходное напряжение

Неинвертирующее (а) и дифференциальное (б) включение ОУ с биполярным питанием

Иногда это допустимо, но чаще выходное напряжение усилителя должно обязательно определяться только входным сигналом V_IN. В таком случае ОУ используется в дифференциальном включении, причем на второй вход подается смещение, в точности равное V_СОМ. Напряжение V_СОМ существует в обеих входных цепях, следовательно, является синфазным входным сигналом.

Схемы инвертирующего включения ОУ с однополярным питанием приведены на следующих рисунках.

Инвертирующее включение ОУ с однополярным питанием

Схема включения ОУ с фотодиодом, работающим в режиме фотоэлемента

Здесь входное напряжение привязано не к средней точке источников питания, как это обычно делается в случае двухполярного питания ОУ, а к отрицательному полюсу источника питания. Эта схема не работает, если входное напряжение положительно, поскольку выходное напряжение должно в этом случае становиться отрицательным, а отрицательного источника питания здесь нет. Для нормальной работы с отрицательными входными сигналами в этой схеме следует использовать ОУ, допускающие соединение входов с шинами питания. Непременное требование соединения входов с общей шиной или другим опорным напряжением затрудняет построение схем на ОУ с однополярным питанием.

Наиболее естественно использовать однополярное питание операционных усилителей тогда, когда источник входного сигнала однополярный (например, фотодиод. В других случаях могут использоваться различные способы смещения входных и выходных напряжений ОУ.