11 Электроника Лекции в презентациях 2012
.pdf
ОмГУПС Кафедра АиТ
Электроника
(Для студентов ИАТИТ)
Лекции в презентациях
Основные дискретные компоненты
Сушков С. А.
Омск - 2012 г.
Операционный усилитель
2.33 мин.
Чип и дип
2
Схема ОУ 157УД1
Идеальный ОУ
Идеального ОУ не существует, но в последнее время появились ОУ с очень близкими к идеальным параметрами. Для упрощения анализа работы ОУ вводится понятие идеального операционного усилителя. Принимается что основные его параметры идеальны.
Для идеального ОУ:
напряжение смещения по постоянному току равно нулю; входной ток через входы ОУ, принимается равным нулю; входное сопротивление равно бесконечности; коэффициент усиления равен бесконечности;
коэффициент усиления не зависит от частоты; выходное сопротивление равно нулю;
возможно любое значение выходного напряжения.
Iвх=0
-
Uсм=0
+
Iвх=0
Zвх=∞
Kу=∞
Zвых=0 |
Uвых |
|
Идеальный ОУ
3
Операционный усилитель
1 |
|
DA |
|
1 |
К |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Yвых 3 |
|
|
|
|
|
-К |
Е |
|
РV |
E |
2 |
Y2 |
|
|
||||
Y1 |
|
Y2 |
|
|
РV |
2 |
|
|
Y1+Yвх |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
Y2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
Y1 |
2 |
DA |
|
|
Y1 |
|
Y2 |
|
|
1 |
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
3 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
-К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Yвх |
Yвых |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Е |
|
|
|
РV |
E |
|
|
РV |
|
|
|
|
|
|
|
|
б)
Усилительные звенья на операционных усилителях и их графы: |
|
а — неинвертирующее звено; б — инвертирующее звено |
4 |
|
Операционный усилитель
Чтобы определить коэффициент усиления инвертирующего усилительного звена и оценить его, необходимо знать передаточную функцию.
Если параметры ОУ близки к идеальным передаточная функция: Н(р)= - Y1/Y2 - для инвертирующего усилителя;
H(р) = 1 +Y1/Y2 - для неинвертирующего усилителя;
где,
Y R1
Входное сопротивление неинвертирующего усилительного звена оказывается довольно высоким (примерно таким же, как входное сопротивление ОУ). Однако при неинвертирующем включении ОУ заметно возрастают собственные шумы. Таким образом, неинвертирующее усилительное звено уступает инвертирующему по шумовым показателям.
5
Операционный усилитель
|
Дифферен- |
|
|
циальный |
|
Дифференциальный |
вход |
|
+ |
||
вход необходимо |
||
|
присоединять к потенциалу в допустимых пределах.
Вход
Подвижная
ось
+ 
Ограничение по питанию 
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
си |
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ограничение по питанию
Нет
ограничения
Выход |
0 |
t |
|
||
|
|
Механическое представление работы ОУ |
6 |
Операционный усилитель
|
Ограничение по питанию |
|
||||
|
|
+ |
|
ние |
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
инвертирующий |
У |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
||
неинвертирующий |
|
|
|
|
0 |
|
входы |
t |
|
|
|
|
|
Общий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
неинвертирующий |
|
|
|
|
|
|
вход. |
Ограничение по питанию |
|||||
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
инвертирующий |
с |
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
неинвертирующий |
|
|
|
|
|
|
|
Общий |
входы |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
инвертирующий |
t |
|
|
|
|
|
|
|
вход.
+
0
7
Питание ОУ
ОУ имеет два напряжения питания — положительной и отрицательной полярности. При этом напряжения питания обычно выбираются равными по величине, а их средняя точка является землёй. Сигналы на входе и выходе при этом подаются и снимаются относительно земли. В портативной аппаратуре удобнее использовать однополярное питание. Не многие ОУ допускают входное напряжение равное или более величины напряжения питания, большинство в таких условиях не работают, например ОУ 157УД1.
При однополярном питании ОУ необходимо использовать цепь смещения выходного напряжения так, чтобы выходные сигналы могли изменяться в максимально широком диапазоне, ограниченном нулём (землёй) и напряжением питания. Кроме того, входные сигналы изменяются относительно потенциала земли, что эквивалентно подаче входных сигналов относительно шины отрицательного питания в схеме применения ОУ с двуполярным питанием. При усилении слабых сигналов возникают проблемы влияния пульсаций напряжения вторичного источника питания, падения напряжений и наводок в соединительных проводах и др.. Всё это приводит к усложнению схем. 8
Питание ОУ
|
|
|
+Uп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для идеального ОУ |
||||
|
|
|
DA |
|
|
|
|
|
R2 |
|
Uвх |
|
-Uп |
Uвых |
U |
вых |
U |
вх |
|
|
|
|
|
R1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
R1 |
|
R2 |
|
|
Если R2=R1 |
|||
1 |
2 |
|
|
|
получим |
||||
|
|
|
|
инвертирующий |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
повторитель |
|||
напряжения
Схема включение ОУ инвертирующего входное напряжение с двуполярным питанием.
9
Питание ОУ
1 |
|
+Uп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для идеального ОУ |
|||
|
|
DA |
|
|
|
U |
|
(1 R2) |
Uвх |
|
-Uп |
Uвых |
U |
вых |
вх |
||
|
|
|
R1 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
R1 |
2 |
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема включение ОУ неинвертирующего входное напряжение с двуполярным питанием.
10