R1 - u1 c -

C1 R2

Усилитель мощности Компаратор

(бустер)

+ U₂ +

- -

U₁ вых

1 10 1 вых

Для получения больших токов подключают U₀ =”1” при U₂ > U₁

мощный ЭП, можно двухтактный вариант. U₀ =”0” при U₁₂ < U₁

U₀ = A_0U(U₂-U₁)

0  U₀  U_lim

На базе ОУ возможны реализации: логарифмического преобразователя, экспоненциального усилителя, преобразователей ток напряжение, стабилизаторов напряжения, источников тока, ограничителей, умножителей, полосовых усилителей, фазовращателей, мультиплексоров и т.д.

Частотные характеристики ОУ

В любом многокаскадном устройстве после некоторой частоты начинается спад коэффициента усиления, каждый каскад является емкостной нагрузкой для предыдущего и имеет конечный входной и выходной импеданс, таким образом, усилительный каскад эквивалентен фильтру низких частот.

Уменьшение реактивного сопротивления конденсатора при увеличении частоты ведет к появлению спада характеристики с наклоном 6 дБ/октаву. Амплитудно-частотную характеристику можно выразить в общем виде:

A_0U(f) = A_0U(0)/[(1+jf/f₁)(1+jf/f₂)(1+jf/f₃)…],

где A_0U – коэффициент усиления без ОС на нулевой частоте, точки излома называются полюсами

f₁ < f₂ < f₃ ….

Порядки величин этих частот f₁10Гц , f₂1-3МГц для большинства ОУ. Часто рассматривают диапазон частот f²>>f₁², f²<<f₂², f²<<f₃². В этом диапазоне частот можно записать

A_0UA_0U(0)/j(f/f₁)=A_0U(0)f₁/jf,

при 3f₁ff₂/3.

Частота единичного усиления f_u:

f_{U =} A_0U(0)f₁ ; при f = f_U , A_0U(0)f₁/f_U = 1.

Коэффициент усиления без ОС :

A_0U  f_U/jf.

Коэффициент усиления в схеме с ОС:

A_Uос(f) = A_Uос(0)/[1+A_Uос(0)/A_0U] , с учетом предыдущего выражения

A_Uос(f) = A_Uос(0)/[1+jfA_Uос(0)/f_u].

Коэффициент усиления монотонно убывает с ростом частоты,

При fA_Uос(0)/f_U = 1, получим

A_Uос(f) = A_Uос(0)/(1+j1) = A_Uос(0)/2+45⁰.

К-т усиления в схеме с ОС уменьшается в 2 раз или на 3дБ при частоте среза f_1ос, которая будет и шириной полосы пропускания для схем с ОС

f₁ = f_U/A_Uос(0).

При переходе к схемам с ОС ширина пропускания BW_ос увеличивается во столько раз, во сколько уменьшится коэффициент усиления:

BW_ос/BW₀ = A_uос(0)/A_Uос(0)

f_U=A_Uос(0)BW_ос=A_U0(0)f₁=A_U0(0)BW₀

АЧХ ОУ без ОС и с ОС показаны на диаграмме Боде: A_0U(0) 3 дБ

Характеристика аналогична RC-фильтрам A_0U(f)

С полосой пропускания f₁

Низкочастотный фильтр имеет фазовую

характеристику , показанную на рисунке рядом A_Uос(0) 3 дБ

Фазовый сдвиг

-90⁰ A_Uос(f)

-45⁰ BW₀= f₁ BW_ос= f_1ос f_U

0,1f_3дБ f_3дБ 10f_3дБ

Совместный вид АЧХ и ФЧХ для гипотетического ОУ, состоящего из нескольких каскадов:

A_U лог.масштаб

Фазовый сдвиг

-270⁰

-180⁰

-90⁰

0⁰

f f₂ f₃ Частота, лог.масштаб

На частотах, при которых сдвиг по фазе достигает 180⁰, а коэффициент усиления больше единицы, обратная связь из отрицательной превращается в положительную, могут возникнуть автоколебания. Можно сформулировать требования к устойчивости.

Критерий устойчивости усилителей с ОС: фазовый сдвиг не должен превышать 180⁰ при разомкнутой ОС на частоте, при которой коэффициент передачи в цепи ОС равен единице. Особенно важно у повторителей!

A_Uос(0) > A_oU при f = f_180

или

A_0U = A_Uос(0) при f < f₁₈₀ ,

т.е. частота, на которой A_0U становится равным A_Uос (0) должна быть меньше f₁₈₀. Заметим, что необходимо условие малых фазовых смещений в цепях ОС. Чаще всего в ОС ставят только резисторы, условие выполняется.

Можно систематизировать рассмотренные характеристики

Положительная ОС, FA0U<0		Отрицательная ОС, FA0U>0
Неустойчивость FA0U< -1 AUос  Автоколебания на частоте f180	Устойчивость -1<FA0U<0 AUос>A0U Повышенный коэффициент усиления Пониженная устойчивость коэффициента усиления Узкая полоса пропускания (BWос<BW0) Худшие значения сопротивлений: Zвх.ос<Zвх0 Zвых.ос > Z0вых Меньшая линейность (сильнее искажения)	Устойчивость AUос<A0U (проигрыш по усилению) Хорошая устойчивость коэффициента усиления Расширенная полоса Пропускания (BWос<BW0) Лучшие значения сопротивлений: Zвхос>Zвх0 Zвых.ос>Zвых0 Хорошая линейность (меньше искажений)

Коррекция усилителей.