9.4. Классификация оу по назначению

1. Универсальные ОУ или ОУ общего или широкого применения. Применяются наиболее часто, имеют средние значения своих параметров среди ОУ. Типичными параметрами современных ОУ этого типа можно считать:

K₀=10⁵-10⁶; K_осс=80-100 дБ

U_см=1-2мВ; ε_см=2-3 мкВ/С;

I_вх.ср=5-50 нА; ΔI_вх=1-10 нА

2. Быстродействующие ОУ. Их применяют для усиления импульсных и широкополосных сигналов. Для них характерно высокое значение скорости нарастания выходного напряжения .

3. Прецизионные ОУ. Это точно выполняющие преобразования над аналоговыми сигналами. Для них характерны параметры:

; U_см=5 мкВ; I_вх.ср=1 пА; I_вх=0,5 пА

4. Микромощные ОУ. Они имеют малую потребляемую мощность и малое питающее напряжение . Используются в автономных устройствах, т.е. где существует ограничение по питанию (радиоприемники, слуховые аппараты и т.д.).

5. Программируемые ОУ. Они имеют добавочный вывод напряжение, на котором позволяет управлять коэффициентом усиления, частотой единичного усиления , или потребляемой мощностью .

9.5. Линейные устройства на основе оу

Анализ устройств, содержащих операционный усилитель, значительно упрощается, если операционный усилитель считать идеальным. Под идеальным операционным усилителем понимают усилитель со следующими параметрами:

1. .

2. R_{вх ОУ} =∞, (I_{вх оу}=0).

3. .

4. =∞

Входы идеального операционного усилителя можно считать виртуально замкнутыми. Это означает, что потенциалы на входах ОУ равны , хотя сопротивление между ними R_{вх ОУ}=∞. Это следует, из соотношения

В усилительном режиме ОУ охвачен цепью глубокой ООС. В совокупности с цепями ОС ОУ выполняет самые разнообразные функции, при этом параметры разнообразных устройств определяются параметрами внешних цепей, а не самого ОУ.

Реальный ОУ можно считать идеальным при работе в линейном режиме, если выполняются следующие условия:

1. , где K– коэффициент усиления, который должен иметь усилитель.

2. R_{вх ОУ} >>R_ос, т.е., (I_ос – ток обратной связи).

3. R_Н>>R_вых.К, где R_вых.К – выходное сопротивление усилителя.

9 .5.1. Инвертирующий усилитель.

Его обозначение на функциональных схемах приведено на рис.9. .

Знак “–” означает, что выходной сигнал находится в противофазе с входным. При этом K>1.

П ринципиальная схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рис.9. . В ней R₁, R₂ – резисторы образуют цепь параллельно-параллельной отрицательной обратной связи.

R₃ – служит для устранения разбаланса ОУ за счет входных токов и выбирается из условия

Установим связь между выходным и входным напряжениями.

Для узла «а» по 1-му закону Кирхгофа запишем соотношение:

Учтем, что для идеального ОУ I_ОУ=0 и распишем токи I_ВХ и I_ОС используя закон Ома (рис. ), т.е.:

Учитывая, что входы ОУ виртуально замкнуты ; получим

; отсюда .

9.5.2. Неинвертирующий усилитель.

Е го условное обозначение и принципиальная схема приведены на рис. , где K>1. В этой схеме резисторы R₁,R₂ образуют последовательно-параллельную ООС.

Установим связь между входным и выходным напряжениями. Поскольку входы идеального ОУ виртуально замкнуты, то, запишем

U⁺_вх=U^–_вх.

Здесь U^–_вх= R₁U_вых/(R₁+R₂), а U⁺_вх =U_вх. Подставим записанное в исходное уравнение и, разрешив это уравнение относительно U_вых, получим

U_вых = U_вх (R₁+ R₂)/R₁.

Отсюда К=(R₁+ R₂)/R₁=1+R₂/R₁.

Е сли R₁=∞ (рис.9 ), то K_и=1, и такой усилитель называется повторителем напряжения. Благодаря последовательной обратной связи по входу он имеет практически R_вх→∞, а благодаря параллельной обратной связи по выходу он имеет R_вых→0.