Операційні підсилювачі

1. Структурна схема. Умовне позначення. Параметри. Вимоги до ідеального підсилювача напруги.

2. Вхідне коло операційного підсилювача – диференціальний каскад. Придушення наводок.

3. Інвертуючий та неінвертуючий ОП.

1. Обозначаются операционные усилители так же, как и обычные усилители – треугольником, но у ОУ два входа, и один с инверсией (рис.1)

Обычно слева два входа, которые различаются наличием или отсутствием кружочка, обозначающего инверсию (иногда внутри треугольника вместо кружочка пишут + и – соответственно у неинвертирующего и инвертирующего входов). Справа обычно обозначается выход ОУ. Иногда на схемах больше ничего нет, но на самом деле есть ещё и питание (+Е_п и –Е_п), оно обычно обозначается сверху и снизу. Кроме того, у современных ОУ есть ещё и баланс нуля, обычно два провода снизу, и провод для подключения коррекции. Ещё может быть контакт для земли, хотя он редко бывает необходим. Обычно это всё, но может быть и что-то ещё. На реальных схемах вместо слов обычно пишут номера контактов. Как мы видим, на этой схеме всего 8 контактов, вместо 12х3=36 у 12 транзисторов, а у всех элементов порядка 50...100. В этом главное преимущество микроэлектроники, так как надёжность (интенсивность отказов) главным образом определяется именно количеством контактов.

Оперционные усилители представляют собой УПТ прямого усиления с:

• симметричным входом (дифференциальный каскад);

• большим коэффициентом усиления Кус (1000 – 100000);

• широкой полосой пропускання (f _В=10 – 100МГц);

• высоким входным соротивлением R_ВХ (десятки кОм и выше);

• низким выходным сопротивлением R_ВЫХ (сотни Ом и ниже);

• малым дрейфом нуля;

• высоким подавлением синфазных сигналов;

• н

  U_ВХ

  есимметричным выходом.

  1

  

  2

  3

  U_ВЫХ

Рисунок 1 – УГО ИМС ОУ Рисунок 2 – Структурная схема ОУ

1- дифференциальный входной каскад

Требования: - большой К_УС;

• max ослабление синфазного сигнала;

• min смещение;

• min дрейф нуля;

• min входной ток;

• min температурные изменения вх.токов;

• min уровень шума.

2 – промежуточный каскад – обспечивает основное усиление и переход от симметричного входного каскада к несимметричному выходному.

3 – выходной каскад (эмиттерный повторитель).

Обозначаются операционные усилители так же, как и обычные усилители – треугольником, но у ОУ два входа, и один с инверсией (рис.1).

Обычно слева два входа, которые различаются наличием или отсутствием кружочка, обозначающего инверсию (иногда внутри треугольника вместо кружочка пишут + и – соответственно у неинвертирующего и инвертирующего входов). Справа обычно обозначается выход ОУ. Иногда на схемах больше ничего нет, но на самом деле есть ещё и питание (+Е_п и –Е_п), оно обычно обозначается сверху и снизу. Кроме того, у современных ОУ есть ещё и баланс нуля, обычно два провода снизу, и провод для подключения коррекции. Ещё может быть контакт для земли, хотя он редко бывает необходим.

Операционные усилители используются для построения схем генераторов, усилителей, умножителей, активных фильтров и т.д.

2 . Дифференциальными каскадами (рис.3) наз. каскады, имеющие входные выводы, симметричные относительно общего провода.

Рисунок 3 – Дифференциальный каскад

Ко входу ДК можно подключить либо симметричный источник сигнала, либо один или два несимметричных (в последнем случае ДК будет усиливать разность напряжений, подведенных к нему двух источников питания).

Д ля значительного уменьшения дрейфа нуля УПТ выполняют по паралельно-балансной схеме. Такие УПТ называют дифференциальными, т.к. они усиливают только дифференциальный (разностный) сигнал.

Рисунок 4 – Схема дифференциального каскада на основе балансной схемы

Дифференциальный входной сигнал:

противофазны, следовательно:

Си нфазный входной сигнал:

синфазны, следовательно:

=0.

Вывод: дифференциальный усилитель усиливает только дифференциальный сигнал, а синфазный подавляет (большинство помех синфазны).

Способы подачи сигнала на вход:

1-2 – симметричный входной сигнал;