3. Операционный усилитель (инвертирующий, неинвертирующий с обратной связью).

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах.

Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. Обычно интегральные операционные усилители работают с напряжением питания +/-15 В.

Инвертирующий ОУ с ОС. ОУ при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении изменяет полярность сигнала на противоположную. Т.е инвертирует фазу ВХ сигнала поэтому и называеться инвертирующим. Уравнение для схемы:

Неинвертирующий ОУ с ОС. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а к инвертирующему входу подводится напряжение ОС с выхода ОУ. Т.о. на входах ОУ действ-т Uвх и Uос, называемой также последовательной ОС. Поскольку напряжение м/у входами = 0, то на инвертирующем входе будет:

Т.о., коэффициент усиления:

В частном случае, при R=0 и любом значении R1 (кроме 0) получится повторитель напряжения с коэффициентом передачи К=1.

Полагаем вх. сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ, а к инвертирующему входу подводится напряжение ОС с выхода ОУ. что R_H>>R_ВЫХ; R_ВХ>>R₁; R₂>>R_ВЫХ;

Напряжение

U_ВЫХ определ-ся разностью напряжений на входах ОУ U_ВЫХ=K_u(U_ВХ-U_ОС)= K_n(U_ВХ-U_ВЫХ)

Наклон передат хар-ки на линейном участке определяется коэффициентом усиления K_uОС

4. Функциональные схемы на оу (интегратор, дифференциатор, сумматор).

Аналоговые вычислительные устройства: сумматор, интегратор, дифференциатор. Устройства выполняются на базе ОУ по схеме инвертирующего усилителя, обеспечивающего макс. точность.

Сумматор - устройство, в котором все входные токи и ток ОС складываются.

Интегратор - устройство, в котором вых сигнал пропорционален интегралу от вх

Дифференциаторы - устройства, в которых вых сигнал пропорционален скорости изменения вх. сигнала во времени.

R₁ для ↑ точности

5. Каскады усиления мощности.

Каскад усиления мощности класса А.

Для усилителя мощности класса А применяют трансформаторную связь с нагрузкой. В режиме покоя за счет напряжения смещения U_CM ,подаваемого на базу, протекают токи I_{Б, П} и I_{К, П} (ток базы покоя и ток коллектора покоя). I_{К, П}=I_{Б, П}+(+1) I_КБО.

+Максимальный КПД достигается при больших значениях , т.е. при усилении больших сигналов.

+Мощность потребляемая от источника Р₀,не зависит от передаваемого сигнала.

+Максимальная мощность потерь Р_К имеет место в режиме покоя, т.к. U_ВХ=0.

- низкий КПД, особенно при малых значениях вх напряжения, мощность Р₀ не зависит от вх. сигнала и при малых сигналах затрачивается впустую. Каскад должен иметь трансформаторную связь с нагрузкой, → невозможность передачи однополярных сигналов.

Однотактный каскад класса В.

В режиме покоя смещение на базу транзистора не подается и ток коллектора покоя равен I_КЭО0. Мощность Р_К=0, т.е. нагрева транзистора в режиме покоя практически не происходит. При подаче на базу транзистора положительного вх сигнала вых напряжение равно: U_ВЫХ=i_КR_Н. При отрицательном напряжении на входе транзистор заперт: U_ВЫХ =0. Такой усилитель класса Б может усиливать только однополярные сигналы. Определим КПД каскада: U_ВЫХ= U_{ВЫХ m}.(U_{ВЫХ m} – амплитуда выхода, является действующим значением). P_Н=U_{ВЫХ m}/R_Н=(E_К)²/R. P₀=E_КI_К=E_КU_{ВЫХ m}/R_Н=E_К²/R_Н. =.

+КПД каскада класса В выше, чем класса А особенно для малых и средних сигналов U_ВХ.

+Мощность потребляемая от источника Е_К минимальна в режиме покоя и увеличивается при росте U_ВХ.

+Мощность потерь максимальна при средних значениях , но меньше чем максимальная мощность потерь в усилителях класса А.

Двухтактный каскад усиления мощности класса В – усиливает двухполярные сигналы.

1)Двухтактный каскад усиления с транзисторами разной проводимости. В режиме покоя оба транзистора заперты. При подаче положительного U_ВХ схема работает как однотактный каскад класса В, транзистор V₂ заперт. При U_ВХ<0, V₁ заперт. Т.о. транзисторы вступают в работу поочередно в зависимости от полярности усиливаемого сигнала. Для двухтактного каскада усиления мощности класса В справедливы соотношения однотактного усилителя класса В.

2) На транзисторах одной проводимости. При U_ВХ>0, V­₁ открыт, V­₂ заперт обратным напряжением на входе (–кU_ВХ). При U_ВХ<0, V­₁ заперт, кU_ВХ отпирает транзистор V­₂ и транзистор работает как эмиттерный повторитель.

В схеме один источник питания, но наличие транф-ра в ней обязательно. Оба транзистора работают по схеме с общим эмиттером. На их базы подаются сигналы +U_ВХ и –U_ВХ , что обеспечивает при U_ВХ >0, отпирание V₁, при U_ВХ<0 – отпирание V₂.