Операційні підсилювачі. Структурні схеми оп. Основні характеристики оп

До ОП загального призначення відносять універсальні і багатофункціональні підсилювачі, які застосовуються в аналоговій техніці, як пристрої для виконання різних математичних операцій, а також, як повторювачі напруг, пристрої для логарифмування, анти логарифмування, компаратори, прецизні підсилювачі.

На основі ОП загального призначення будують різні види підсилювачів спеціального призначення (імпульсні, широкосмугові, вибіркові та інші), автогенератори гармонійних коливань і коливань імпульсної форми (прямокутної, трикутної). Регулятори, перетворювачі і стабілізатори напруг та струмів.

ОП складаються з двох каскадів – вхідний каскад, який забезпечує основне підсилення і вихідний каскад.

Сучасний ОП – це декілька диференційних підсилювачів ввімкнутих один за одним і вихідний каскад. У високоточних ОП застосовують спеціальне розміщення елементів для зниження дрейфів від нагріві окремих елементів.

ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ ОП:

1. Коефіцієнт підсилення по напрузі. Для сучасних не менше 40000 і до 1000000.

2. Коефіцієнт послаблення синфазного сигналу

3. Напруга зміщення. Це напруга, яку необхідно подати на вхід підсилювача, щоб на виході був нуль.

4. Температурний коефіцієнт напруги зміщення

5. Напруга живлення, В

6. Вихідна напруга, В

7. Вхідний опір – великий

8. Вихідний опір – малий

9. Гранична частота одиничного підсилення

f_гр = [1 МГц ÷ 30 МГц]

Позначення оп

Симетрична схема ввімкнення ОП

Для забезпечення максимальних значень параметрів найчастіше ОП живлять від двополярного симетричного джерела живлення.

Іноді джерела можуть мати різні значення напруг живлення.

Схемотехніка вимірювальних пристроїв на ОП

Інвертуючий підсилювач

Він застосовується тоді, коли потрібно поміняти фазу підсилювального сигналу, коли потрібно одержати напругу з таким самим значенням проте іншої полярності.

U_вх = 5 мВ U_вих = 5В

К_DA1 = 5 В/0.05 = 1000

Потім задають значення R₁ і розраховують R₂. R₁ має бути >> за вихідний опір джерела.

R₂ = R₁·K = 1000 кОм = 1МОм

Для вимрювання беремо високоточні опори < 1%

C2-296-0.125

R’ встановлюють для підвищення точності.

Неінвертуючий підсилювач на ОП

Розрахунок проводиться аналогічно. Вибирають R₁ і знаходять R₂

Повторювач напруги на ОП

Це варіант попереднього підсилювача коли R₁ = ∞ R₂ = 0 k=1

U_вих = U_вх

Пристрій застосовується коли потрібно одержати високе R_вх і низьке R_вих

Наприклад до джерела зразкової напруги під’єднати кілька спож, збільшити вхідний опір будь якого з вхідних підсилювачів

КС310

U_ст = 10 В

І = 10 А

0 ÷ 10 В

Диференційний підсилювач на ОП

Застосовується для підсилення різниці двох сигналів. Може працювати з мостиковими вимірювальними схемами, застосовується для зсуву рівня напруг.

R₁ = R₂

R₃ = R₄

Приклад розрахунку:

При розрахунку потрібно задати R₁ і R₂ набагато більшим від опору джерела

R_дж = 1 кОм

R₁ = R₂ = 10 ÷ 100 R_дж ; R₁ = R₂ 1= 10 кОм

Тип С2-296-0,256-10к±0.1%

Якщо дуже точна схема, то значення опору роблять з двох опорів

Приклад пристрою на ДП

Мостиково – вимірювальна схема для вимірювання температури з допомогою термометра опору.

U_вих = 0 ÷ 1 В І₀ біля 5 мА

R₀ для R₂ 100 Ом

R₁₀₀ для R₂ 142 Ом

Рівновага мастика R₁·R₄ = R₃·R₂

R₄ = R₂ при 0°С = 100 Ом

Іноді R₄ складається з декількох опорів для зміни початкових показів.

Формувачі уніфікованих сигналів

Є такі уніфіковані сигнали:

По напрузі: выд 0 до 10 В

Застосовується рідко і для передачі на невелику відстань 15 – 20 м

Основна причина малої поширеності невелика завадостійкість. Споживач має мати високий вхідний опір (більше 2 кОм)

Такий сигнал можна сформувати за допомогою звичайного ОП (звичайний повторювач на ОП).

В середині приладів для між блочних з’єднань застосовуються і інші стандарти

0 ÷ 1В

0 ÷ 2В

0 ÷ 5В

При передачі аналогово сигналу при напрузі всі споживачі з’єднуються паралельно

Струмовий сигнал застосовується дуже часто, основна перевага – дуже висока завадостійкість

Є такі уніфіковані значення

Опір навантаження залежить від напруги живлення, всі споживачі вмикаються послідовно.

4 ÷ 20 – це сигнал з «живим нулем», застосовується для тестування.

Крім того 4мА вистачає для живлення сучасного мікропроцесорного пристрою і можна передати і живлення і корисний сигнал.

ОП DA1 весь час порівнює значення напруги U_вх і спадку напруги U_R1 на опорі R₁.

Якщо U_вх починає збільшуватися VT1 відкривається і струм через навантаження зростає, але завжди буде виконуватися:

І_вих·R₁ = U_вх

Якщо зміниться R_н, зміниться І_вих і таким чином зміниться спадок напруги на R₁. Різниця, яка виникає між U_вх і U_R1 підсилиться ОП DA1 і транзистор VT1 відкриється або закриється.