Основы РЭА_лекция 6-тезисы

Основы РЭА, Флёров А.Н, 2013

Лекция №6 тезисы

Операционный усилитель

Рис.6.1

СДК – симметричный дифференциальный каскад;

НДК – несимметричный дифференциальный каскад;

УМ – усилитель мощности.

U_вых=К(U_вх+-U_вх-) (6.1)

Требуется:

- очень большой коэффициент усиления;

- большое входное сопротивление;

- малое выходное сопротивление.

Рис.6.2 Дифференциальный каскад

Основной характеристикой ОУ является амплитудная характеристика

Рис.6.3 Амплитудная характеристика - зависимость U_вых и U_вх.

рабочий участок характеристики (в режиме усиления) – линейный.

Пример: 140УД7

Е_п = +-12В

I_п =8 мА

К_у=35 10³

U_см = 5 мВ

К_{осл.синф.сигн.} =80дб

R_вх=300кОм

R_вых=200Ом

Свойства операционного усилителя меняются за счёт введения обратной связи.

Основные схемы включения операционного усилителя

Две схемы включения: инвертирующая и неинвертирующая

Рис.6.4 Схемы включения ОУ

Неинвертирующая схема включения

(6.2)

Rвх  (6.3)

Частный случай неинвертирующей схемы

Рис.6.5 - повторитель напряжений не инвертирует, но усиливает по току и мощности.

Инвертирующая схема включения

(6.4)

Rвх = R1 (6.5)

Рис.6.6 К2< К1, Амплитудная характеристика зависит от глубины ООС

Функциональные звенья на операционных усилителях

Сумматор напряжений, вычитатель, интегратор, дифференциатор, логарифмический

усилитель, антилогарифмический усилитель и пр.

1. Инвертирующий сумматор

Рис.6.7

Uвых= -(U1+U2+U3+…)R2/R1 (6.7)

2. Неинвертирующий сумматор

Рис.6.8

Uвых= (U1+U2+U3+…)(R2+R1)/R1 (6.8)

3. Вычитатель напряжений

Рис.6.9

Uвых= (U₂-U₁) (6.9)

4. Интегратор (дифференциатор)

Рис.6.10

К(р)= -Z₂(p)/Z₁(p) (6.10)

Рис.6.11 Интегратор

К(р)= -1/pRC T=RC (6.11)

Рис.6.12 Дифференциатор

К(р)= -pRC = pT (6.12)

-Логарифмический усилитель (обратная связь нелинейна)

Рис.6.13 Логарифмический усилитель

I_д=I_o exp(U_вх/_т -1) ~ I_o exp (U_вх/_т) (6.13)

I_oc (I_д) = - I_вх (6.14)

I_o exp(U_вых/_т)=-U_вх/R (6.15)

ln U_вх = ln R I_o + U_вых/_т

U_вых = -_т(ln U_вх+ ln R I_o)~ -_т ln U_вх (6.16)

_т – температурный потенциал, 26 мВ

6. Антилогарифмический усилитель

Рис.6.14 Антилогарифмический усилитель

Uвых=Io exp(Uвх/т) (6.17)

7. Умножение и деление

Рис. 6.15 Умножение и деление

8. Возведение в степень

Рис.6.16 Возведение в степень

9. Решение ДУ и ИУ

Аналоговая ЭВМ

Компаратор напряжений

Рис.6.17 Компаратор напряжений

Кус >10000

U_вх=U_оп-U_c=1мВ; К_ус >10000; U_вых=10В (6.18)

Рис.6.18 рабочий участок - нелинейный

При /U_вх - U_оп / > U_гр U_вх=+- U_выхmax (6.19)

Или U_вх > U_оп  U_вых=-E_п

U_вх < U_оп  U_вых=+E_п (6.20)

При К_у U_гр= U_выхmax/ К_у (6.21)

Пример: U_выхmax =10в, К_у=10⁴, U_гр=1мв

Рис.6.19 Ограничение синусоидального сигнала

6