dsd1-10 / dsd-06=Kruglov+АИС / lec / 1

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАК БАЗОВЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УЗЕЛ СИСТЕМ АНАЛОГОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА.

Операционный усилитель (ОУ) является ядром схем, выполняющих математические операции с аналоговыми сигналами. Приведем простые примеры использования ОУ в решающих системах и получения с помощью уравнений Кирхгофа передаточных функций этих систем. Пусть ОУ имеют конечные дифференциальные коэффициенты усиления .

НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Рис.1-1. Неинвертирующий

усилитель

Решая систему, получаем:

Если же >>1, то

АКТИВНЫЙ ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР

Если то

Рис.1-2. Активный

инвертирующий интегратор

Или в s – области:

Если необходимо учитывать конечность величины , система уравнений следующая (все напряжения и токи – функции от s):

Отсюда

Твердо запомнить содержание cледующего раздела:

ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ ПАССИВНОЙ ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ RC ЦЕПОЧКИ

Рис.1.3. Пассивная

интегрирующая

RC цепочка

Или в s – области:

. Отсюда

Определим модуль и фазу передаточной функции. Для этого переменная s заменяется на jω:

Рис.1.5. Логарифмические Амплитудно-Частотная Характеристика (ЛАЧХ) и ФазоЧастотная Характеристика (ЛФЧХ)

ПРИМЕНЕНИЕ МАЛОСИГНАЛЬНОГО АНАЛИЗА К УСИЛИТЕЛЯМ

Общее положение, применяемое к любым усилителям, имеющим достаточно высокий коэффициент усиления: размах входного сигнала, как правило, много меньше постоянного смещения на входе (т.е. постоянной составляющей входного напряжения , жизненно необходимого для любого усилителя, для того, чтобы при заданных характеристиках нагрузки рабочая точка на выходе находилась в середине диапазона изменения выходного сигнала). При этом изменение крутизны входного транзистора много меньше её значения при наличии на входе только постоянного смещения. Можно сказать, что крутизна входного транзистора в каскаде с достаточно высоким коэффициентом усиления постоянна и не зависит от входного напряжения. Такой режим работы усилителя называется режимом малого входного сигнала.

Работа (необязательно усилителя) в режиме малого сигнала означает независимость как крутизны, так и других параметров схемы от входного сигнала. Последнее же по определению означает, что работу нелинейной системы в режиме малого сигнала можно анализировать методами, предназначенными для анализа ЛИНЕЙНЫХ схем. Этот метод уже применялся выше для получения передаточных функций систем решающих систем на основе ОУ. Правомерность использования преобразования Лапласа, т.е аппарата анализа линейных систем, обусловлена, во – первых, использованием в «обвязке» ОУ линейных компонентов (резисторов и конденсаторов) и, во – вторых, требованием весьма большого коэффициента усиления ОУ. При выполнении второго требования даже наличие зависимости от сигнала, т.е. нелинейность ОУ, образует относительную погрешность результата не более, чем на , и увеличивая величину , можно погрешность, вносимую применением преобразования Лапласа, сделать допустимо малой. Наконец, использование при анализе не просто МАЛОГО входного сигнала, а БЕСКОНЕЧНО МАЛОГО входного сигнала В ПРИНЦИПЕ устраняет возможность любой нелинейности, и применение преобразования Лапласа является корректным.