- •Часть II
- •Общие сведения…………………………………………………………. 46
- •Общие сведения………………………………………………………… 51
- •Общие сведения……………………………………………………………. 80
- •Основные сокращения
- •1. Обратные связи в аэу
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Влияние ос на передаточные свойства устройства
- •1.3. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
- •1.4. Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
- •1.5. Влияние обратной связи на амплитудно-частотную, фазочастотную и переходную характеристики
- •1.6. Влияние обратной связи на внутренние помехи
- •1.7. Влияние обратной связи на нелинейные искажения
- •1.7. Устойчивость устройств с обратной связью
- •2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов
- •2.1. Режимы работы усилительных элементов
- •2.1.1. Режим а
- •2.1.2. Режим в
- •2.1.3. Режим с
- •2.1.4. Режим d
- •2.2. Температурная нестабильность режима биполярного транзистора
- •2.3. Температурная нестабильность режима полевого транзистора
- •2.4. Методы стабилизации
- •2.5. Обобщенная схема задания и стабилизации рабочей точки
- •2.6. Схема эмиттерной стабилизации
- •2.7. Схема коллекторной стабилизации
- •2.8 Цепи питания полевых транзисторов
- •2.8.1. Цепи питания с фиксацией напряжения на затворе
- •2.8.2. Схемы истоковой стабилизации
- •2.9. Генераторы стабильного тока
- •3. Каскады предварительного усиления
- •3.1. Особенности каскадов предварительного усиления
- •3.2. Резисторный каскад на биполярном транзисторе
- •3.2.1. Принципиальная и эквивалентная схемы
- •3.2.2. Область средних частот
- •3.2.3. Область нижних частот и больших времен
- •3.2.4. Область верхних частот и малых времен
- •3.3. Коррекция амплитудно – частотных и переходных характеристик
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
- •3.3.3. Схема индуктивной высокочастотной коррекции
- •3.3.4. Схема низкочастотной коррекции
- •3.4. Дифференциальный каскад
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Принцип действия
- •3.4.3. Параметры дифференциального каскада
- •3.5. Усилительные каскады на составных транзисторах
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Резисторный каскад на составном транзисторе
- •3.6. Усилительные каскады с динамическими нагрузками
- •4. Устойчивость операционных усилителей
- •4.1. Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
- •4.2. Условия устойчивости операционных усилителей
- •4.3. Коррекция ачх операционных усилителей
- •4.4. Косвенные признаки относительной устойчивости
- •4.5. Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость оу
- •4.6. Частотная коррекция в цепи ос
- •5. Обработка аналоговых сигналов операционными усилителями
- •5.1. Инвертирующий усилитель
- •5.2. Неинвертирующий усилитель
- •5.3. Суммирующий усилитель
- •5 .4. Дифференциальный усилитель
- •5 .5. Интегратор
- •5.5. Дифференциатор
- •5.7. Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
- •6. Перемножители напряжений
- •Общие сведения
- •6.2. Перемножители с переменной крутизной
- •6.3. Интегральные перемножители и их параметры
- •Особенности применения интегральных перемножителей
- •7. Компараторы напряжения
- •7.1. Назначение, параметры
- •7.2. Особенности применения полупроводниковых компараторов
- •7.3. Специализированные компараторы на операционных усилителях
- •Однопороговые компараторы
- •Регенераторные компараторы
- •Двухпороговые компараторы
- •8. Литература
5. Обработка аналоговых сигналов операционными усилителями
5.1. Инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель (ИУ) – это усилитель, обладающий стабильным (наперёд заданным) коэффициентом усиления с разностью фаз между входным и выходным сигналами 180.
ИУ является основой построения большинства АЭУ. На его базе реализуются дифференциальные усилители постоянного тока, мостовые усилители, интеграторы, дифференциаторы, сумматоры и т.д., а также такие нелинейные схемы, как ограничители и логарифмические усилители.
Б азовая схема ИУ приведена на рис. 5.1, т.е. ИУ – это ОУ, охваченный параллельной ООС. Для этого вида ОС коэффициент передачи ЦОС равен (раздел 1.2) , где , а проводимость прямой передачи ЦОС, т.е.
. (5.1)
Если ОУ – идеален, т.е. имеет нулевой уровень статических ошибок, , и , то выражение для коэффициента передачи ИУ примет вид:
. (5.2)
Таким образом, коэффициент передачи ИУ не зависит от параметров ОУ (а значит – стабилен). Его можно менять в широких пределах путём соответствующего выбора величин внешних сопротивлений R1, R2.
Выражение (5.2) можно получить и не прибегая к теории ОС. Действительно, не инвертирующий вход заземлён и напряжение на нём равно 0 (рис 5.1). Так как Кд= , а выходное напряжение ОУ ограничено напряжением питания, то и входное напряжение (между “+” и ” ” входами) также равно 0. Значит инвертирующий вход (узел а) – это потенциальная земля – узел, который постоянно находится под потенциалом земли, будучи практически незаземлённым. Ток i1 втекает в инвертирующий вход и, так как RВХ = , то весь этот ток течёт через резистор R2, создавая на нём падение напряжения . Поскольку левый вывод этого резистора заземлён (узел а), то , а , что совпадает с формулой (5.2).
Если , т.е. , то такой ИУ называется инвертором.
Выходное сопротивление ИУ при идеальном ОУ равно нулю, так как ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление.
Сопротивление R1 (рис. 5.1) имитирует как внутренне сопротивление источника сигнала, так и величину сопротивления резистора, который вводится в схему специально для получения требуемого коэффициента передачи ИУ, т.е. .
Поэтому, входное сопротивление ИУ
. (5.3)
Это следует из того, что правый по схеме вывод резистора R1 потенциально заземлен, и он оказывается включённым параллельно генератору источника сигнала.
Так как RС имеет, как правило, неопределённое и нестабильное значение, то коэффициент передачи такой схемы не будет стабильным, что является недостатком схемы. Для его устранения необходимо выполнение условия , т.е. .
В отсутствии сигнала на выходе ОУ имеет место конечное постоянное напряжение, называемое выходной статической погрешностью (раздел 4.2.5 [1]). Величина этой погрешности для ИУ
. (5.4)
Для уменьшения погрешности от входных токов в схему вводят резистор , тогда
, (5.5)
где .
Таким образом, максимальное сопротивление резистора R2 ограничено допустимым значением выходной статической погрешности uВЫХ. Для большинства современных ОУ R2max = 100 кОм1 МОм.
Минимально допустимая величина R2 ограничена максимально допустимым выходным током ОУ. Обычно полагают, что
.
Например, у К140УД1А,Б IВЫХ.max = 3 мА, UВЫХ.max = 6 В и R2min = 20 кОм.
Для уменьшения потенциальной составляющей выходной статической погрешности Uсм(R2/R1 + 1), т.е. для уменьшения UСМ, на соответствующие выводы ОУ необходимо подать регулируемое постоянное напряжение. Конкретная схема настройки нуля определяется изготовителем ОУ. Если же у ОУ этих выводов нет, то балансировка схемы осуществляется по входу ОУ (рис. 5.2).
Данная схема не создаёт никаких побочных эффектов (влияние на коэффициенты передачи или температурный дрейф uВЫХ). За счёт RCM в схеме осуществлена и токовая балансировка, так как
кОм.