- •1. Аналоговые и цфровые сигналы
- •2. Элементы цифровой вычислительной техники
- •3. Синтез комбинационных схем
- •4. Сднф, скнф
- •6 Методы минимизации. Минимизация системы уравнений в заданном базисе с использованием карт Карно
- •7. Построение функциональной и принципиальной схем
- •41. Операционные усилители
- •42. Обратные связи в усилительных устройствах
- •43. Усилительные каскады переменного и постоянного тока
- •44. Вторичные источники питания
- •45. Решающие усилители
- •46. Частотные и переходные характеристики
- •47. Схемы замещения полупроводниковых приборов
- •48. Активные фильтры
- •49. Аналоговые компараторы напряжений
- •50. Аналоговые ключи и коммутаторы
- •51. Источники эталонного напряжения и тока
41. Операционные усилители
Операционный усилитель (ОУ) – это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов. Ранее такие усилители использовали главным образом в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций (сложения, вычитания и т.д.). В настоящее время широко используются операционные усилители в виде полупроводниковых интегральных схем. Эти схемы содержат большое число (десятки) элементов (транзисторов, диодов и т.д.), но по размерам и стоимости приближаются к отдельным транзисторам. Также ОУ-и очень удобно использовать для решения самых различных задач преобразования и генерирования маломощных сигналов, поэтому эти усилители широко используются на практике.
Условное графическое обозначение операционного усилителя имеет след. вид, в ней обозначение общего вывода эквивалентно «ноль вольт».
Рис. 1.1. Схема инвертирующего усилителя
Операционный усилитель имеет передаточную характеристику – вида гдеf – некоторая функция. Диапазоны выходного напряжения вне области усиления называются областями насыщения. Соответствующий этим областям режим называется режимом насыщения.
В приближенных расчетах считают, что в режиме насыщения выходной сигнал может иметь два значения:или
В основе схемы операционного усилителя лежит дифференциальный усилительный каскад (рис 1.3.):
Рис 1.3. Схема дифференциального усилителя
Два идентичных транзистора Т1 и Т2 и резисторы R1 и R2 образуют два транзисторных усилителя, включенных симметрично. Отношение резисторов коллекторной цепи должно быть постоянным. У дифференциального усилителя есть два входа (Вх1, Вх2) и два выхода (Вых1, Вых2). При подаче на входы дифференциального усилителя одинаковых сигналов напряжение на входах практически не меняется.
Разность напряжений, формируемых на входах (базах транзисторов Т1 и Т2) называют дифференциальным входным сигналом, а полусумму этих напряжений – синфазным входным сигналом:
Uвх=U1-U2 Uвх.сф=(U1+U2)/2
Выходным сигналом дифференциального усилителя является напряжение между коллекторами транзисторов. В идеальном дифференциальном усилителе дрейф выходного напряжения отсутствует, хотя в каждом из плеч он может быть сравнимо большим. Симметрия не меняется при синфазном изменении U1 и U2 – дифференциальный усилитель нечувствителен к синфазному сигналу. Появление на входе дифференциального сигнала приводит к нарушению симметричного режима работы усилителя. Сигнал на входе дифференциального усилителя пропорционален разности входных токов.
I=I2-I1
Синфазная составляющая входного сигнала определяется как часть входного тока, которая одинакова для каждого входа дифференциального каскада или
Ic=(I1+I2)/2 Тогда I1=I0-I/2 , I2=Ie+I/2
Наиболее важными параметрами дифференциального усилителя являются:
коэффициент усиления KU=dUвх/dUвых и входное сопротивление Rвх=dUвых/d(I)
Для стандартных биполярных операционных усилителей начальный входной ток лежит в пределах от 20 до 200 нА, а для операционных усилителей с входными каскадами, выполненными на полевых транзисторах, он составляет всего несколько наноампер.