72.Операционные усилители. Классификация оу. Структура оу. Идеальный оу. Линейные и нелинейные преобразователи на оу. Компараторы.

Операционный усилитель - это многокаскадный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления. Для идеального операционного усилителя К_U—> оо, R_BX-> oo, R_BbIX-> 0, полоса усил. Частот -> оо. Структура ОУ имеет два или три каскада. Первым каскадом является дифференциальный усилитель, вторым – усилит напряжения и последним - усилитель мощности. Питание ОУпроизводится от двух разнополярных источников питания. ОУ имеет два входа (прямой и инверсный) и один выход, а также ряд дополнительных выводов для балансировки и для коррекции АЧХ. Условное графическое изображение ОУ приведено на рис. Выходное напряжение связано с входн напряжением Ubx1 и Ubx2 соотношением U_BbIX =K_U0(Ubxi – Ubx2 ), где K_U0 - коэффициент усиления ОУ по напряжению.

Операционный усилитель характеризуют следующие параметры:

-коэффициент усиления по напряжению. Обычно К_Uо=10⁵-10⁷;

-амплитудно-частотная характеристика;

-частота единичного усиления

-входное сопротивление R_BX. Для повышения входного сопротивления в

первом каскаде могут использоваться полевые транзисторы;

-выходное сопротивление R_BbK обычно составляет сотни Ом;

-разность входных токов. Входные токи могут отличаться друг от друга на (10-20)%;

Классификация ОУ.

1. Универсальные, или ОУ общего применения.

2. Прецизионные (высокоточные) ОУ исп-ся для усилен. слабых сигналов.

3. Мощные и высоковольтные ОУ.

4. Быстродействующие ОУ.

5. Микромощные ОУ.

6. Многоканальные ОУ.

Преобразователи на ОУ.

Обычно функции, выполняемые ОУ, определяются элементами обратной связи, в качестве которых используются резисторы, емкости, индуктивности, полупроводниковые приборы и т.д. На основе ОУ могут быть построены масштабные усилители, повторители, сумматоры, интеграторы, стабилизаторы тока и напряжения, активные фильтры, усилители переменного тока, генераторы импульсных сигналов,

ф ункциональные преобразователи, схемы сравнения и т.д.

73.Оконечные усилительные каскады. Одно-, двухтактные и мостовые каскады. Способы повышения кпд усилителей мощности.

Усилители мощности обычно являются выходными каскадами многокас­кадных усилителей и предназначены для получения в нагрузке большой

мощ­ности. В связи с этим такие усилители должны иметь высокий КПД и мини­мальные нелинейные искажения. Усилители мощности выполняются на мощных биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или с ОК.

П о способу включения нагрузки усилители мощности могут быть трансформаторными и бестрансформаторными, а также однотактными и двухтактными. Однотактные усилители работают обычно в режиме А, а двухтактные – в режиме В или АВ. Схема однотактного усилителя мощности с трансформаторным выходом, работающего в режиме А, приведена на рис.

Однотактный усилитель имеет низкий КПД и используется редко. Расчёт такого каскада производят графоаналитическим методом с использованием динамических характеристик.

Схема двухтактного трансформаторного усилителя мощности приведена на рис.67.

Усилитель выполи на двух транзисторах: VI и VT2. В коллекторные цепи транзисторов подключен выходной трансформатор Тр2. Трансформатор Tpl обеспечивает подачу входного сигнала U_BX на базы транзисторов. Каскад работает в режиме В. Следовательно, при отсутствии сигнала токи в транзисторах отсутствуют, и к коллекторам транзисторов прикладывается напряжение U_n.

При поступлении на вход усилителя сигнала Ubx каждая полуволна открывает поочередно один из транзисторов, и через первичную обмотку трансформатора Тр2 протекает ток полуволны. Таким образом, процесс усиления входного сигнала происходит в два такта. КПД двухтактного трансформаторного усилителя по сравнению с однотактным увеличивается примерно в 1,5 раза и достигает максимального значения 0,785.

И з-за нелинейности начального участка входной характеристики возника­ет нелинейные искажения (рис. 67, б). Если подать на базу транзисторов не­большое напряжение смещения U_CM, то нелинейные искажения можно свести к минимуму (рис. 67, в).

Бестрансформаторные усилители мощности позволяют упростить схемы усилителей мощности за счет исключения крупногабаритных трансформаторов Наибольшее распространение получили две схемы бестрансформаторных уси­лителей мощности: на транзисторах разного типа проводимости и на транзи­сторах одного типа проводимости (рис. 68).В каждый полупериод входного напряжения ток формируется одним из транзисторов. Усилитель (б) используется, как правило, в интегральных схемах.

Способы повышения КПД.Оконечные линейные каскады в режимах А и В имеют предел КПД 50% и 78% соответственно. В реальных условиях КПД усилит. значит. ниже.

Каскады с повышенным КПД строятся с применением ключевого и аналого- дискретного режимов работы. Ключевым режимом является режим D.

Применение режима D предполагает применение принципа усреднения (сглаживания) импульса тока транзистора так чтобы среднее значение тока нагрузки повторяла форму усиливаемого сигнала. Одним из способов является широтно-импульсная модуляция. У ШИМ посл-ти ширина импульсов изменяется так что их коэффициент заполнения пропорционален значению входного сигнала.

Высокий КПД в данном случае возможен при большом входном напряжении, при уменьшении входного напряжения КПД может снизится по 3 причинам : 1) существенное напряжение потерь на диоде. 2) при уменьшении длительности импульсов ухудшается их прямоугольность.3) в закрытом состоянии значительную роль начинают играть токи утечки транзисторов. Темнеменее на постоянном токе и на низких частотах имеют достаточно высокий КПД 80-90%