1. Параметры идеального и реального оу. Основные схемы включения оу: инвертирующая, не инвертирующая, дифференциальная, повторитель напряжения.

Операционный усилитель (ОУ) – унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока.

Идеальный ОУ: Коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности; Выходное сопротивление стремится к нулю; Входное сопротивление стремится к бесконечности; Если входное напряжение равно нулю, то и выходное должно равняться нулю; Бесконечная полоса усиливаемых частот;

ОУ снабжён, как минимум 5 выводами: неинвертирующий вход, инвертирующий вход, два входа питание, один выход. Реально ОУ имеют больше выводов (не менее семи) для частотной коррекции.

Основные параметры реального ОУ: Коэффициент усиления по напряжению; Входное напряжение смещения – Uсм, обусловлено неидентичностью эмитерных переходов входного каскада дифференциального усилителя, что приводит к несоответствию правила, если Uвх=0, то Uвых=0. Т.е. Uсм – такое напряжение, которое нужно приложить к входу, чтобы на выходе получить Uвых=0, реально Uсм= десятки мВ.; Входной ток Iвх (ток смещения) – ток во входных выводах ОУ, необходимый для обеспечения требуемого режима по постоянному току – сотни наноампер.; Разность входных токов Iвх (ток сдвига) возникает из-за неодинаковости коэффициентов усиления по току (h21) дифференциального усилителя (Помним на входе дифференциального усилителя два транзистора).; Входное сопротивление Rвх, делится на дифференциальное Rвх.диф и синфазное Rвх. Син (Rвх диф– сопротивление между входами, Rвх син – сопротивление между объединёнными входами и общей шиной значение – сотни кОм); Выходное сопротивление Rвых– сотни Ом; Коэффициент подавления синфазного сигнала – kr.сф=50…70 дБ; Максимальная скорость изменения выходного напряжения v– определяет частотные свойства, измеряется при ступенчатом напряжении. Порядок: единицы В/микросек.; Частота единичного усиления fmax– частота на которой |kvo|=1 порядка нескольких мегаГц; Дополнительные параметры – максимально допустимое напряжение питания –максимально допустимый входной ток – диапазон рабочих температур – максимально допустимая рассеиваемая мощность – максимально допустимое входное синфазное напряжение

Повторитель напряжения

По инвертирующему входу усилитель охвачен 100% ООС т.е. b_ос=1 следовательно свойства подобны эмиттерному и истоковому повторителю.

Появление любого входного напряжения приводит к появлению разности U_вх.и-U_вх.н=U_вых-U_вх.н. Эта разность передаётся на выход ОУ, изменяет U_вых и компенсирует возникшие отклонения от условия.

Применяется в качестве буферных и согласующих элементов

Неинвертирующий усилитель

Если в схеме повторителя добавить в обратную связь резистор z_ос , получим коэффициент обратной связи – b_ос< 1, на рис. введен делитель напряжения, таким образом получаем схему неинвертирующего усилителя, то есть входное напряжение подается на неинвертирующий вход. Коэффициент усиления обратной связи так как ,то (1) т.е коэффициент усиления по напряжению всегда больше единицы. Предел уменьшения коэффициента усиления когда =1, получаем повторитель напряжения. Так как усиливаемый сигнал подается на неинвертирующий вход, то фазы входных и выходных сигналов совпадают.

Неинвертирующий усилитель используется в схемах, где требуется гарантированное усиление входного сигнала.

Инвертирующий усилитель

В данной схеме на один вход подаются оба сигнала, т.е. ООС из последовательной превращается в параллельную.

Коэффициент усиления делителя напряжения на входе . Коэффициент усиления обратной связи Коэффициент усиления инвертирующего усилителя

Из уравнения видно, что k_v может быть уменьшен до сколь угодно малой величины. Когда , то и U_вых= U_вх.и. Так как фазы входного и выходного сигналов разные, то .

Используется в схемах, где необходимо регулирование выходного напряжения, например выходной мощности звука относительно некоего среднего значения.

Усилитель с дифференциальными входами

Эта схема – комбинация инвертирующего и неивертирующего усилителя. Т.к. можно считать, что устройство линейное, то используем принцип суперпозиции полей:

,

для упрощения часто принимают R₁=R₂ и R_oc= , тогда т.е. при выполнении этого условия сигнал на выходе равен разности входных сигналов умноженных на коэффициент усиления инвертирующего усилителя.

Используется для анализа и последующей обработки входных сигналов от разных источников.