Операционный усилитель, виды модуляции

Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Московский государственный технический университет радиотехники,электроники и автоматики»Факультет электроникиКафедра технической электродинамики и электроникиКонтрольная работапо курсу «Микросхемотехника»Выполнил: _____________________Проверил: ______________________Москва2013ОглавлениеОперационный усилитель и его назначение.........................................................3Виды модуляции и их отличия...............................................................................8Амплитудная модуляция.....................................................................................8Угловая модуляция.............................................................................................10Импульсная модуляция.....................................................................................12Список использованной литературы...................................................................162Операционный усилитель и его назначениеОперационный усилитель (ОУ) — унифицированный многокаскадныйусилитель постоянного тока, удовлетворяющий следующим требованиям кэлектрическим параметрам:коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности( K U →∞ );входное сопротивление стремится к бесконечности ( R вх →∞ );выходное сопротивление стремится к нулю ( R вых → 0 );если входное напряжение равно нулю, то выходное напряжение такжеравно нулю ( U вх =0 → U вых =0 );бесконечная полоса усиливаемых частот ( f в → ∞ ).Операционный усилитель, обладая колоссальным коэффициентомусиления по напряжению, никогда (за редким исключением) не используетсябез обратной связи.Являясь, по существу, идеальным усилительным элементом, ОУсоставляет основу всей аналоговой электроники, что стало возможным врезультатедостиженийсовременноймикроэлектроники,позволившейреализовать достаточно сложную структуру ОУ в интегральном исполнениина одном кристалле и наладить массовый выпуск подобных устройств.

Всёэто позволяет рассматривать ОУ в качестве простейшего элементаэлектронных схем подобно диоду, транзистору и т.п. Следует отметить, что напрактике ни одно из перечисленных выше требований к ОУ не может бытьудовлетворено полностью.Достоверностьдопущенийобидеальностисвойстввкаждомконкретном случае подтверждается сопоставлением реальных параметров ОУи требований к разрабатываемым электронным средствам (ЭС).

Так, еслитребуется разработать усилитель с коэффициентом усиления 10, тостандартный ОУ с коэффициентом усиления 25000 можно рассматривать для3этого случая как идеальный.Операционный усилитель — это аналоговая интегральная схема (АИС),снабжённая, как минимум, пятью выводами. Её условное графическоеизображение приведено на рис.

1. Два вывода ОУ используются в качествевходных,одинвыводявляетсявыходным,дваоставшихсявыводаиспользуются для подключения источника питания ОУ. С учётом фазовыхсоотношений входного и выходного сигналов один из входных выводов (вход1) называется неинвертирующим, а другой (вход 2) — инвертирующим.Выходное напряжение U вых связано с входными напряжениями U вх1 и U вх2соотношениемU вых = K U0 (U вх1−U вх2) ,где K U0 — собственный коэффициент усиления ОУ по напряжению.+EпВход 1ВыходВход 2Uвх1−EпUвх2RнUвыхРис.

1. Условное графическое изображение ОУИз приведённого выражения следует, что ОУ воспринимает толькоразность входных напряжений, называемую дифференциальным входнымсигналом, и нечувствителен к любой составляющей входного напряжения,воздействующей одновременно на оба его входа (синфазный входной сигнал).Как было отмечено ранее,K U0в ОУ должен стремиться кбесконечности, однако на практике он ограничивается значением 105 …106или 100…120 дБ.В качестве источника питания ОУ используют двухполярный источникнапряжения ( +E п , −E п ).

Средний вывод этого источника, как правило,4является общей шиной для входных и выходных сигналов и в большинствеслучаев не подключается к ОУ. В реальных ОУ напряжение питания лежит вдиапазоне ±3…±18 В. Использование источника питания со средней точкойпредполагает возможность изменения не только уровня, но и полярности каквходного, так и выходного напряжений ОУ.Реальные ОУ обычно снабжаются большим числом выводов, которыеиспользуются для подключения внешних цепей частотной коррекции,формирующих требуемый вид ЛАЧХ усилителя.Реализацияперечисленныхвышетребованийкэлектрическимпараметрам ОУ невозможна на основе схемы однокаскадного усилителя,поэтому реальные ОУ строятся на основе двух- или трёхкаскадныхусилителей постоянного тока.Функциональная схема трёхкаскадного ОУ приведена на рис.

2. Онавключает в себя входной, согласующий и выходной каскады усиления.Анализ электрических параметров ОУ показывает, что их практическаяреализация предполагает использование в качестве входного каскада ОУдифференциального усилительного каскада, что позволяет максимальноуменьшить величину дрейфа усилителя, получить достаточно высокоеусиление,обеспечитьполучениемаксимальновысокоговходногосопротивления и максимально подавить действующие на входе синфазныесоставляющие, обусловленные изменением температуры окружающей среды,изменением напряжения питания, старением элементов и т.п.UвхВходнойкаскадСогласующийкаскадВыходнойкаскадUвыхРис.

2. Структурная схема трёхкаскадного ОУСогласующий каскад служит для согласования выходного сигналадифференциального усилителя с выходным каскадом ОУ, обеспечиваянеобходимое усиление сигнала по току и напряжению, а также согласованиефаз сигналов.5Выходной каскад, который, как правило, выполняется по двухтактнойсхеме, обеспечивает требуемое усиление сигнала по мощности.Операционныйусилительявляетсясложнымэлектроннымустройством, правильное применение которого зависит от пониманияособенностей его работы и знания основных требований, которые онпредъявляетксхемамразрабатываемогоЭС.Рассмотримосновныепараметры ОУ, характеризующие его работу.КоэффициентусиленияпонапряжениюK U0= Δ U вых / Δ U вххарактеризует способность ОУ усиливать подаваемый на его входыдифференциальный сигнал.Входноеобусловлено,напряжениевосновном,смещения—этонеидентичностьюнапряжение,напряженийкотороеэмиттерныхпереходов транзисторов входного дифференциального усилителя. Наличиеэтого напряжения приводит к нарушению условия, согласно которомуU вых =0 при U вх =0 .

Численно входное напряжение смещения определяетсякак напряжение, которое необходимо приложить ко входу усилителя для того,чтобы его выходное напряжение было равно нулю. Иногда это напряжениеназывают напряжением сдвига нуля ( U см ). Типовое значение этогонапряжения — единицы или десятки милливольт.Входной ток I вх (входной ток смещения) — ток, протекающий вовходных выводах ОУ и необходимый для обеспечения требуемого режимаработы его транзисторов по постоянному току. Типовое значение этого токаколеблется от единиц микроампер до сотен наноампер.Разность входных токов Δ I вх (ток сдвига). Природа этого токакроется в основном в неодинаковости коэффициентов передачи тока h 21Этранзисторов входного каскада ОУ. Численно он равен модулю разностивходных токов усилителя Δ I вх =∣I вх1− I вх2∣ .

Типовое значение параметра —от единиц микроампер до единиц и десятых долей наноампера.6Входное сопротивление R вх . Различают дифференциальное входноесопротивление R вх диф и синфазное входное сопротивление R вх син .R вх диф определяется как сопротивление между входами усилителя, аR вх син — как сопротивление между объединёнными входными выводами инулевой шиной.Типовое значение входного сопротивления — сотни килоом.Выходное сопротивлениерассматриваемогокак— это сопротивление усилителя,R выхэквивалентныйгенератор.Типовоезначениевыходного сопротивления — сотни ом.Коэффициент подавления синфазного сигналастепеньподавления(ослабления)синфазнойK п сфсоставляющейопределяетвходногосигнала.

Его типовое значение — 50…70 дБ.Максимальная скорость изменения выходного напряжения ( V )характеризует частотные свойства усилителя при его работе в импульсныхсхемах; измеряется при подаче на вход ОУ напряжения ступенчатой формы.Типовое значение скорости изменения выходного напряжения — единицывольт на микросекунду.Частота единичного усиления F max — это частота, на которой модулькоэффициента усиления ОУ равен единице.

Обычно эта частота непревышает нескольких мегагерц.Кроме перечисленных обычно задаются и предельно допустимыезначения основных эксплуатационных параметров:максимально допустимое напряжение питания;максимально допустимый выходной ток;диапазон рабочих температур;максимально допустимая рассеиваемая мощность;максимально допустимое входное синфазное напряжение;максимально допустимое входное дифференциальное напряжение и др.7Виды модуляции и их отличияАмплитудная модуляцияОбычно в качестве переносчика используют гармоническое колебаниевысокой частоты — несущее колебание.