6. Операционные усилители (оу): параметры и характеристики

Операционные усилители (ОУ) являются разновидностью усилителей постоянного тока, имеют большой коэффициент усиления по напряжению к_u==510³ - 510⁶ и высокое входное сопротивление R_вх=20 кОм - 10 МОм. Современные ОУ выполняются многокаскадными и включают в себя ряд дополнительных устройств (защиту, термокомпенсацию и др.) Массовое применение ОУ обусловлено их универсальностью: устройства на их базе могут осуществлять усиление, выполнять математические операции, сравнивать электрические величины, генерировать сигналы различной формы.

В данной работе использована микросхема К544УД1А, которая представляет собой операционный усилитель общего назначения с высоким входным сопротивлением. приведены условные обозначения и типовая схема включения ОУ. Он имеет два входа и один выход. При подаче сигнала на инвертирующий вход U_вх.и. приращение выходного сигнала U_вых находится в противофазе (противоположное по знаку) с приращением U_вх, а при подаче на неинвертирующий вход - совпадают по фазе (одинаковы по знаку). В зависимости от конкретного устройства на базе ОУ используют как инвертирующий, так и неинвертирующий входы.

Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) U_вых=f(U_вх) (рис.8.3) и амплитудно-частотные (АЧХ) к_U(f). Последние имеют вид АЧХ усилителя постоянного тока за исключением специальных частотнозависимых устройств (избирательный усилитель и др.). Передаточные характеристики имеют линейный участок, для которого к_U==const, и нелинейный - к_U^к_U. При реализации конкретных устройств используют линейные и нелинейные участки.

Операционный усилитель. Схемы на его основе.

Операционным обычно называют усилитель, имеющий в идеальном случае следующие параметры и характеристики: коэффици­ент усиления по напряжению, стремящийся к бесконечности; АЧХ с граничными частотами, равными нулю и бесконечности; бесконечно большое входное и нулевое выходное сопротивления. Кроме того, опе­рационный усилитель (ОУ) должен иметь дифференциальный вход и однотактный выход. Условное изображение ОУ на схемах показано на рисунке. В схемах указывают инвертирующий и неинвертирующий входы: инвертирующий вход выделяется кружком.

В практических схемах ОУ используются с цепями ОС. Простейший вариант включения ОУ, в котором цепь обратной связи образована - активным резистором R₂, показан на рисунке. Коэффициент усиления ОУ такой схемы, счи­тая, что R_ВХ=∞, R_ВЫХ=0, а коэффициент усиления ОУ, не охваченного цепью ООС, равен Ко, причем Ко принимаем беско­нечно большим. При принятых допущениях i_ВХ=0, U_ВЫХ= -KoU_ВХ, токи i₁ и i₂ равны. Для идеального ОУ в случае схемы включения, показанной на ри­сунке, коэффициент усиления определяется только параметрами цепи ОС, и, следовательно, стабильность усиления зависит лишь от стабиль­ности элементов, обеспечивающих ОС.

Суммирующие усилители на оу.

На рис. показан ОУ, используемый для реализации суммирующего усилителя (который также иногда называется аналоговым сумматором). На такой схеме можно выполнить сложение нескольких напряжений. Каждому из суммируемых напряжений соответствует один входной зажим. Единственный выходной сигнал схемы представляет собой сумму различных входных напряжений, умноженную на некоторый коэффициент усиления схемы. Как правило, коэффициент усиления задается таким образом, чтобы выходной сигнал имел некоторое заданное значение при максимальных напряжениях сигналов на всех входах схемы. В других же случаях номиналы сопротивлений выбираются исходя из обеспечения единичного коэффициента усиления., где R1=R2=R3=R