Добавил:
Developer Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

.pdf
Скачиваний:
62
Добавлен:
20.04.2022
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

5.Синфазный сигнал не действует на операционный усилитель.

6.Напряжение смещения нуля равно нулю.

10.1.Инвертирующий усилитель

Так как

ОУ имеет большой коэффициент усиления КУС,

то даже

малое входное напряжение UВХ. ДИФФ. из-за

асимметрии или из-за нестабильности способно перегрузить ОУ, вызвать смещение или сдвиг постоянного напряжения на выходе Uвых. от 0 до Uмах, что может привести к режиму насыщения и к потере способности усиления.

Вследствие этого в ОУ всегда применяется ООС, которая обеспечивает хорошую стабильность показателей. Одна из базовых схем ОУ - схема инвертирующего усилителя с внешней ОС (рис.10-1).

На основе этой схемы строятся все остальные.

рис.10-1

В.А.Галочкин

171

Схемотехника телекоммуникационных устройств

На схеме

не показаны цепи

питания

и другие дополни-

тельные

цепи. Входной

сигнал подается

на инверти-

рующий вход.

 

 

 

 

 

Выходной сигнал UВЫХ

 

находится

в противофазе с

входным UВХ.

 

 

 

 

 

R1 - внутреннее сопротивление генератора ЕГ (RГ). Не-

инвертирующий вход соединен через R2 с корпусом. Че-

рез RОС подаетсяпараллельная ООС по напряжению.

Предположим, что ОУ -

идеальный: ∆UВХ. Д. = 0, КД = ∞,

RВХ.Д. = , RВЫХ = 0, IВХ.Д. = 0. Так как

UВХ. Д. = 0, то все

напряжение от ЕГ

падает на R1; а UВЫХ -

на RОС; та-

ким образом точка

А - это

«точка виртуального нуля»,

«кажущийся нуль»

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

Е

U

IГ = IОС; или

Г

 

ВЫХ

,

 

 

 

R

R

 

1

 

ОС

или коэффициент усиления инвертирующего усилителя (с ООС!) по напряжению:

К

 

U

R

 

ВЫХ

 

ОС

 

R

U ИНВ.

 

Е

 

 

Г

1

(что соответствует выражению для усилителя с параллельной ООС по напряжению в общем виде), т.е. КU ИНВ зависит только от Rос и R1 и не зависит от самого ОУ.

Для реального ОУ необходим учёт входного тока IВХ ОУ, т.е. если

IГ = IОС + IВХ,

172

В.А.Галочкин

Схемотехника телекоммуникационных устройств

то

К

 

 

 

R

R

 

 

ОС

1

 

 

 

 

1

 

R

 

 

R

 

U ИНВ.

 

 

 

 

1

(1

ОС

 

ОС

)

 

 

 

 

 

 

 

 

К

R

 

 

R

 

 

 

U ОУ

1

 

 

ВХ ОУ

где КU ОУ - коэффициент усиления ОУ без ООС;

Т.е. чем больше RВХ. ОУ и

КU ОУ, тем

больше приближе-

ние к «идеальному» соотношению

 

 

 

 

 

 

К

 

R

ОС

.

 

UИНВ

 

R

 

!

 

Например, если КU ОУ = 105 ; RВХ. ОУ = 10 кОм; RОС = 100

кОм; R1=1 кОм; погрешность

составляет < 0.1 %.

Номиналы резисторов не должны превышать единицы МОм, иначе проявляется нестабильность из-за утечек в корпусе и т.д. Но расчётное значение RОС часто требуется более 1 МОм. Для его снижения применяют схему (рис10-2):

рис.10-2

В.А.Галочкин

173

Схемотехника телекоммуникационных устройств

Для этой схемы

R

R

R (1

R

СВ

)

 

ОСЭКВ.

ОС

2

R

 

 

 

3

 

и большое значение RосЭКВ.

можно получить при

меньшем значении RОС.

 

 

 

 

Входное сопротивление RВХ. ИНВ. инвертирующего уси-

лителя невелико из-за параллельной ООС.

 

R

R [

R

1]|| R

R ,

ОС

К

ВХ.ИНВ,

1

 

ВХ.ОУ

1

 

 

U ОУ

 

 

 

т.е. при больших значениях КU ОУ

R

определяется

 

 

 

 

ВХ.ИНВ,

 

величиной R1 .

 

 

 

 

 

Рекомендуется значение R1 10 кОм.

 

Выходное сопротивление RВЫХ.ИНВ.

невелико и опре-

деляется глубиной ООС.

 

 

 

 

R

R ВЫХ.ОУ

ВЫХ.ИНВ. F (глубина ОС)

или

 

 

R

К

R

 

ВЫХ .ОУ

U ИНВ.

К

(без ОС)

ВЫХ .ИНВ.

 

 

 

U ОУ

 

Полоса пропускания ОУ тем шире, чем меньше КU ИНВ. (рис10-3):

f f Т

В.ОС К

U ИНВ,

174

В.А.Галочкин

Схемотехника телекоммуникационных устройств

 

 

 

рис.10-3

Из выражения К

 

R

ОС

видно, что изменять

 

 

U ИНВ

 

R

 

 

!

 

КU ИНВ. можно за счёт

изменения R1 и RОС. Но, так как

R1 определяет RВХ , то желательно КUИНВ. изменять за счёт RОС.

10.2. Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход. ООС подается на инвертирующий вход (рис.10-4). Т.е. ООС является последовательной (по входу) ОС по напряжению.

рис.10-4

В.А.Галочкин

175

Схемотехника телекоммуникационных устройств

Для идеального ОУ:

 

 

UВХ UВЫХ

 

 

R1

,

 

 

 

 

R R

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ОС

 

 

 

откуда

 

 

RОС

 

 

 

 

 

 

 

К

UНЕИНВ.

1

или

 

К

 

1

 

К

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

U НЕИНВ,

 

 

U ИНВ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- соотношения справедливы при глубокой ОС (F>0), что имеет место практически.

Получение значения R1 + RОС

≈ (0,5÷1)

МОм реально.

Если RОС > 1 Мом, то

 

необходимо

применять Т-

образную цепочку включения (см. рис.10-2).

Входное сопротивление RВХ. НЕИНВЕР.

всегда велико:

 

 

R

К

 

 

 

R

 

ВХ .ОУ

U ОУ

 

 

 

 

 

ВХ .НЕИНВЕР.

 

К

U НЕИНВЕР,

 

 

 

 

 

или RВХ. НЕИНВЕР. = RВХ.ОУ F.

 

 

 

 

Обычно RВХ. = n ГигаОм.

Так как ООС

- по напряже-

нию, то Rвых неинверт.

составляет несколько десятков

Ом.

 

 

 

 

 

 

10.3. Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель (ДУ), как и дифференциальный каскад (ДК) предназначен для усиления разности ∆UВХ , но в отличие от ДК он охвачен глубокой ООС (рис.10-5).

176

В.А.Галочкин

Схемотехника телекоммуникационных устройств

рис.10-5

Входные напряжения UВХ. 1. и UВХ. 2 подаются относительно земли.

Схема является сочетанием инвертирующего и неин-

вертирующего

усилителей,

причём

для

 

выравнивания

коэффициентов

усиления

 

напряжение

UВХ. 2

 

 

подается

через делитель R2 и R3 , т.е. оба входа имеют входные

делители.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для идеального усилителя RВХ.Д. = ∞,

RВЫХ = 0.

Если

 

 

R

 

 

 

 

 

R

 

 

 

R

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОС

 

 

 

 

3

 

 

или

 

 

 

1

 

 

 

2

,

 

 

 

R R

R

R

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

1

 

ОС

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

ОС

3

 

то КU ИНВ. = КU НЕИНВ..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RОС

 

 

 

 

 

 

 

RОС

 

 

U

вых

U

вх2

U

вх1

 

, т.е.

К

u

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

R1

Отсюда следует, что при UВХ. 1.

 

= UВХ. 2

имеем

UВЫХ. = 0,

- т.е. схема нечувствительна к

 

синфазной

помехе (к на-

водкам).

В.А.Галочкин

177

Схемотехника телекоммуникационных устройств

Для идеального (симметричного) усилителя коэффициент ослабления КООС = ∞ (для синфазного сигнала).

Для реальной ситуации при UВХ. 1. = UВХ. 2 = UВХ. СФ.

К RОС. UВХ .СФ

ООС R1 UВЫХ

(для соединённых вместе входа 1 и входа 2).

10.4.Устройства суммирования и вычитания

Устройства аналоговой обработки сигналов и их преобразования находят самое широкое распространение в современной р/электронике.

Практически все устройства - активные, т.е. с применением ОУ и соответствующей цепи ОС.

10.4.1.Инвертирующий сумматор

построен на основе инвертирующего усилителя

(рис.10-6):

рис.10-6

178

В.А.Галочкин

Схемотехника телекоммуникационных устройств

Для идеального ОУ КД = ∞, RВХ.Д. = ∞; при этом

IОС I1 I2 I3

или U1 /R1 U2 /R2 U3 /R3 UВЫХ ;

RОС

откуда UВЫХ RОС (U1 U2 U3 )

R1 R2 R3

т.е. на выходе имеем инвертированную сумму входных напряжений, взятых с соответствующими масштабными коэффициентами.

При R1 = R2 = R3

 

 

 

 

 

R

 

 

U (U U U )

ОС

.

 

 

 

 

 

ВЫХ

1

2 3

 

R

 

 

 

 

 

1

 

 

Резистор

R предназначен для

компенсации сдвига

нуля

на выходе ОУ, обусловленному

входным током

IВХ.

Выбирают

R = [RОС || R1 || R2 || R3] , параллельно соединен-

ные.

 

 

 

 

 

 

 

10.4.2. Сумматор на основе неинвертирующего усилителя

Для схемы рис. 10-7:

Uвых K K1н U1 K2н U2 K3н U3 ,

где

R

К 1 ОС

R

1

В.А.Галочкин

179

Схемотехника телекоммуникационных устройств

Рис.10-7

а К

R

 

R

, R

R

|| R

|| R

|| R

ОСТ1

 

 

 

1Н

R R

 

R

 

0Н

1Н

2Н

3Н

 

1Н ОСТ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Н

 

 

 

 

 

Здесь RОСТ. 1 - это общее сопротивление RΣ параллельного соединения резисторов без RН 1.

10.5. Интегрирующий усилитель

Операция интегрирования широко применяется при обработке электрических сигналов (рис.10-8).

180

В.А.Галочкин

Схемотехника телекоммуникационных устройств