26. Операционные усилители. Требования к усилителям, структура и каскады усилителя.
Операционный усилитель (ОУ) был создан для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах.
Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, дифференциальным входом и малыми значениями напряжения смещения нуля и входных токов.
Преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей внешних обратных связей и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных функциональных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на дискретных транзисторах. Поэтому операционные усилители стали сегодня основой элементной базы во многих областях аналоговой схемотехники.
Рис.2.1.Условное графическое обозначение операционного усилителя.
Входной каскад ОУ выполняется в виде дифференциального усилителя, т.е. ОУ имеет два входа — инвертирующий и неинвертирующий. В дальнейшем неинвертирующий вход обозначается знаком «+» или буквой «р» (positive — положительный), а инвертирующий — знаком «—» или буквой «п» (negative — отрицательный). На схемах инвертирующий вход дополнительно обозначается кружком.
Дифференциальный усилитель
Входной каскад — обеспечивает усиление при малом уровне шума, высокое входное сопротивление. Обычно имеет дифференциальный выход.
Усилитель напряжения(промежуточный каскад)
Имеет высокий коэффициент усиления по напряжению, спад Амплитудно-частотной характеристики как у однополюсного фильтра низких частот, обычно единственный (то есть не дифференциальный) выход.
Выходной усилитель(окнечный каскад)
Выходной каскад — обеспечивает высокую нагрузочную способность по току, низкоевыходное сопротивление, ограничение выходного тока и защиту от короткого замыкания в нагрузке.
Будем называть операционный усилитель идеальным, если он имеет следующие свойства:
а) бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению (у реальных ОУ KV лежит в пределах 103...30 .106);
б) нулевое напряжение смещения нуля V0FF, т. е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю независимо от синфазного входного напряжения (у реальных ОУ K0FF, приведенное к входу, находится в пределах (1 мкВ ... 50 мВ);
в) нулевые входные токи по обоим входам (у реальных ОУ они лежат в пределах от сотых долей пА до единиц мкА);
г) нулевое выходное сопротивление (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом до единиц кОм);
д) коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю;
e) мгновенный отклик на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время установления выходного напряжения лежит в пределах от единиц нc до сотен мкс).
ДОП
|
Операционный усилитель (ОУ) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. Как правило, ОУ используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.