Операционные усилители

Лекция № 9.

Операционные усилители

ОУ выполняет свои функции с помощью цепей ОС, т.е. они могут осуществить усиление или ослабление сигнала, сложение или вычитание, интегрирование и дифференцирование.

Поскольку все операции, проводимые с помощью ОУ имеют нормированную погрешность, то к его характеристикам предъявляются

определенные требования:

- высокие R_вх (малые I_вх)

- очень высокий коэффициент усиления

- низкое значение R_вых

Рекомендуемые материалы

Частотный диапазон: от нулевых частот до достаточно высоких частот.

ОУ – усилитель постоянного тока. ОУ имеет 2 входа, поэтому он может осуществить все операции, которые делает дифференциальный усилитель.

ДА1 – аналоговый элемент

ДД – цифровой элемент

U_вых=-U_вх1*А ;                          (U_вх2=0)

А – коэффициент усиления ОУ

U_вых=U_вх2*А ;                          (U_вх1=0)

U_вых=(U_вх2- U_вх1)*А .                     

1-й каскадный симметричный дифференциальный усилитель:

1-ый каскад:

Источник тока в цепи – Э, для подавления синфазной составляющей. Выход симметричный.

2-ой каскад:

Дифференциальный усилитель, но не симметричный. Выходной каскад (аконечный) – схема с ОК, делитель сигнала выполнен на ктивных элементах, все это работает как составной транзистор.

β_Σ=β₁ * β₂;

делитель R₉ снабжен элементом VT8 и выполняет функцию источника тока.

VT7, VT8 выполняют функцию каскада сдвига уровня

Каскадирование решается методом сдвига уровней.

Параметры ОУ

Одна из главных характеристик: амплитудная (передаточная) характеристика.

Зависимость U_вых от U_вх:

Сигнал подаем на инвертирующий вход. Рабочая область линейна и имеет очень большой наклон.

Примечание: ОУ не может работать без ОС!

Условие – при U_вых=0 и U_вх=0 не выполняется.

Смещение реальной характеристики.

Причина разбаланса: разброс параметров элементов дифференциального усилителя и зависимость этих параметров от температуры.

Для балансировки  могут быть включены дополнительные внешние элементы (калибровочные).

Упрощенная эквивалентная схема:

В идеале R_вх=.

В реальных схемах имеется конечное значение сопротивления между входами, т.е. R_диф (пр. 500кОм).

На входе большое сопротивление синфазного сигнала, на входе текут не нулевые токи, а конечные значения токов; токи смещения являются режимными токами. I_см – параметр определяющий точность.

На выходе–R_вых ненулевое, имеет большое значение, R_вых =~200, 150 Ом, его можно уменьшить (пр., с помощью ОС).

Суммарная ошибка ОУ

U_ош=U_{cm 0} + α_t ΔT+ (I_CM+R_CM- I_CM-R_CM);

α_t=;

U_см0  зависит от температуры;

ΔΔI_см разность входных токов от температуры(дрейф);

ΔI_см- разность входных токов по температуре.

Усилительные параметры - К_нд, КООС, К_нсф;

Входные параметры –  R_вхд, R_вхсф, U_{вх сф доп}, U_{вх д доп},U_{см о}, I_см, Δ I_см , ΔΔ I_см;

Выходные параметры – R_вых, U_{вых мах,} I_{вых доп}.

Типы ОУ:

- ОУ общего применения;

Вместе с этой лекцией читают "86 Наследование отдельных видов имущества".

- ОУ быстродействующие;

- ОУ прецизионные(точные).

Временные и высокочастотные параметры ОУ. Динамические параметры.

V_вых ()- скорость изменения выходного напряжения.

t_уст- время, за которое заканчивается переходной процесс установления ОУ.