10. Операционный усилитель. Назначение. Параметры.

Операционный усилитель — Операционный усилитель (ОУ) представляет многокаскадный усилитель

напряжения, обладающий очень большим коэффициентом усиления. Входное сопротивление ОУ очень велико, а выходное мало. Операционный усилитель представляет универсальное устройство, предназначенное для выпол-

нения различных операций с аналоговыми сигналами.

Выводы имеют следующее значение:

• V+: неинвертирующий вход

• V−: инвертирующий вход

• Vout: выход

• VS+: плюс источника питания

• VS−: минус источника питания

Области применения:

• Предусилители и буферные усилители звукового и видеочастотного диапазона

• Компараторы напряжения

• Дифференциальные усилители

• Дифференциаторы и интеграторы

• Фильтры

• Выпрямители повышенной точности

• Стабилизаторы напряжения и тока

• Аналоговые вычислители

• Аналого-цифровые преобразователи

• Цифро-аналоговые преобразователи

• Генераторы сигналов

• Преобразователи ток-напряжение и напряжение- ток

Основные характеристики ОУ

К основным характеристикам ОУ относят:

- коэффициент усиления дифференциальной составляющей

входного сигнала – К_U≥5*10⁴

- коэффициент ослабления синфазной составляющей входного

сигнала – Кос не менее 65 дБ

- входной средний ток – Iвх ср< 0,15 нА

- ток, потребляемый от источников питания – IП ≤ 3,5 мА

- максимальная рабочая частота – не менее 1 МГц

- напряжение питания – UП = ±15 В

- максимальный выходной сигнал – Uвых.max = ±10 В

- ток смещения менее 50 пА.

11. Операционный усилитель. Основные схемы включения.

Инвертирующая:

где Z – полное сопротивление цепи обратной связи:

полное сопротивление цепи обратной связи с высокой точностью можно считать равным Z = RОС

UВЫХ = - (RОС / R1) U1 = - КU*U1 , где КU = RОС / R1.

Ненвертирующая:

Напряжение обратной связи снимается с делителя напряжения, который образован резистором обратной связи RОС и резистором R1. Это напряжение U(–) равно: U(–) = [R1/(R1+RОС)]UВЫХ . Для идеального ОУ входное дифференциальное напряжение U равно нулю, следовательно, UВХ = U(-) и выражение (9) можно представить в виде: UВЫХ = (1+RОС/R1)UВХ и следовательно КU = (1+RОС /R1) Особый случай когда Roc и R1 нет – это повторитель напряжения.

Дифференциальная:

Дифференциальная схема обеспечивает усиление разности сигналов на каждом из дифференциальных входов в RОС/R1 раз. В результате выходное напряжение оказывается равным разности напряжений между двумя входными сигналами, умноженной на коэффициент передачи: UВЫХ = (RОС/R1)(U2-U1). Предполагая идеальность ОУ можно вывести: U(+) = [RОС/(R1+RОС)]U2.

12. Операционный усилитель. Реализация источника тока.

Расчёты: Для расчётов выберем реальный пример: пусть мы хотим запитать два сверхъярких светодиода подсветки сотового телефона Nokia от напряжения Uп=12В (отличный фонарик в машину). Нам нужно получить ток через каждый светодиод 20 мА и при этом у нас имеется выковырянный с материнской платы сдвоенный операционный усилитель LM833. При таком токе наши светодиоды светят гораздо ярче, чем в телефоне, но сгорать и не собираются, значительный нагрев начинается где-то ближе к 30 мА. Расчёт будем вести для одного канала операционника, т.к. для второго он абсолютно аналогичен.

напряжение на неинвертирующем входе: U₁=U_п*R₂/(R₁+R₂)

напряжение на инвертирующем входе: U₂=I_н*R₃

из условия равенства напряжений в состоянии равновесия:

U₁=U₂ => I_н=U_п*R₂/R₃*1/(R₁+R₂)