Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 51
Текст из файла (страница 51)
телен к любой составляющей входных сигналов, общей для обо оих входов ОУ. Она называется синфазназм сигналом и определи яется формулой о; ьсм, = (од + оз)(2. Коэффициент усиления ОУ без обратной связи — постоянна~ положительная безразмерная величина, которая на низких част, Инйрпсруащий вз "о вз Рис. 5д, Обозначение ОУ: а — основное; б н з — с указанием функционального назначения влодов, тах (Π— 30 Гц) обычно очень велика и лежит в диапазоне от 10' до 10". Если на вход ОУ подать только напряжение о, (прп и, = О), то оо = Аоьоз и выходное напряжение оо будет равно усиленному неиинертированнол~у входному сигналу о„, Если же подать на вход ОУ только о, (при о, = О), то оо — — — Аоь о, и выходное напряжение оо равно усиленному цнвершироааииоязу входному напряжению ом В связи с этим «нижний» вход (о,) называют неинвертируюшим, а «верхнийа (о,) — инвсртирующим. При изучении ОУ будем всегда придерживаться указанного расноло.
женив входов, кроме специально оговоренных случаев. На рис. 5,1, б и а оба входа имеют четкие обозначения, однако, если ие указано, который нз них инвертирующнй, а который неинвертирующий, будем считать, что они расположены, как указано на рис, 5.1, а. Операционный усилитель — это многокаскадное электронное устройство, в состав которого входит большое количество трав. зисторов, поэтому, как и в других электронных схемах, для питания транзисторов к ОУ должен подключаться источник постоянного тока. Схема подключения источника постоянно~о тока к ОУ показана на рис, 5,2, а. Однако для простоты влек. трические связи с одключения источника питания обычно на схеме не рисуются, хотя на самом деле они существуют.
Волы шннство ОУ питаются от сдвоенного (или разделенного) исто" ника пичания с отрицательным и положительным полюсамн подключенными к специальным выводам ОУ (рис. 5.2, а) напряжения $" и р одинаковы по величине и противоположнм по знаку. Диапазон питающих напряжений обычно лежит в пре" делах от ~5 до ~18 В, причем чаще всего ОУ работают с пита Харакмероеглаки и применение ОУ ,цим напряжением от ~10 до ~!5 В. Некоторые ОУ могут аботать при напряжении питания менее ~3 В, а «высоковольтаме» ОУ питаютсЯ напРЯжением более ~18 В. Применение сдвоенного источника питания дает возможность изменять напряжение на входах ОУ так, что оно может принимать У ч' Рис, З.з, Схема под. илючения к ОУ слво" енного (а) и одиночного 1а) источников питания. ц' . значения как выше, так и ниже нулевого потенциала, в результата че"о формируется биполярный выходной сигнал.
Существуют схех хехпя питания ОУ от одного источника постоянного тока в зто (Р'гс 5.2, б), Электрические связи ОУ с источником питания пяться "ом случае более просты, ио входное напряжение может изметься только в одну сторону относительно нулевого потенциала, 'кения е Реализуется одностороннее (униполярное) изменение напряЧения ния на выходе ОУ. Диапазон напряжения на входе для обеспеобразом "" правильного функционирования Оу ограничивается таким чтобы оно не падало ниже уровня — 0,5 В. В любом случае напряжение на выходе ОУ не может пр напряжение любого из источников питания.
Максимальн можнос выходное напряжение, как правило, примерно на льно воз меныпе абсолютной величины питающего напряжения, а ! В низкоомной нагрузке диапазон изменения выходного напряр "Ри яжеаик сократится еще больше. При включении ОУ в схему с о одним источником питания верхний предел ограничен так же, как и питании от сдвоенного источника, а нижний предел равен нул и при или потенциалу «землиа (в идеале 0 В). нулю, Рнс. о.з. Передаточная характернстнка ОУ; на.
клон прямой равен лом Идеальная передаточная характеристика ОУ показана на рнс. 5.3, Выделим линейную область (область усиления), где по — — Апь п„огРаниченнУю с обеих стоРон (свеРхУ и снизУ) областями насыщения, где выходное напряжение ограничено напряженнем питании я больше ие реагирует на изменения вход. ного напряжения. Поскольку усиление Аоь очень велико, осо бенно на низких частотах, где оно лежит в пределах !От †(О ° ширина линейной зоны весьма незначительна и может быть опре делена пз выражения Ать ж ($" — !' — 2 В)/А„ы Если напри жение питания ОУ равно примерно ~ (О В, то Лп, ж 20 В/А оа ж 20 †2 мкВ. Следовательно, чтобы сигнал на выходе ОУ был равен )силенному значению напряжения на входе, амплитуда входного напряжения должна быть достаточно малой — ьак правила, менее ! мВ.
В противном случае ОУ попадает в облас~ь насыщения и выходное напряжение не повторяет входное, а Форма выходного сигнала в этом случае будет «урезанной», т. е. сильно искаженной. Вследствие этого ограничения, а также ряда други" Хариатгригтихи и арилгнгние Оу пр" „чнн, которые будут рассмотрены ниже, ОУ обычно охватывают петлей обратной связи, так что часть выходного напряжения в,ащается на инвертнрующий вход (рис.
5.4). Прн этом выняются !слов««я реализации отрицалге.ганой обратной связи, создает ряд существенных преимуществ. В таких условиях ОУ работает подобно замкнутым системам оматического регулирования. Коэффициент, показывшощий, кая часть напряжения возвращается на ппвертирующпй вход, называют коз4фициентам обратной связи г. Для схемы на рпс. 5.4 Че Рас. 5.4. Схема вгглгоеенггя Оу с от- рицательной ооратяой связью. он определяется из соотношения г = огь/ао = сг/(Яг + Уе).
Это выражение следует из уравнения простого делителя напряжения. Заметим, что, хотя основ"ос уравнение функционирования ОУ (ов — — Аоьо,) все еще выполняется, дифференциальная составляющая входного напряжения больше не равна о, = о, — о„ а подчиняется равенству а, = ог — оз — о«ь = ог — ог — гоо, откуда оо = Аосо> = Асс (о, — о; — Рос) и в итоге оо (1+ + гАвс) = Лос (ог — аз), Решая относительно оо, получим оо = !Аос/(1+ РАог.)1 (аг — оз) = Асг. (ог — оз). (5 1) где А г, — каэфг/гг«циент усиления с обратной свяаыа, Заметим, 'по, поскольку сигнал теперь поступает не прямо на инвертирующ«гй вход ОУ, а чеРез делитель напРЯженнЯ (2«, Ее), напРЯже««ие ог связано с ов соотношением оз — — ое (2/(Ег + Лг) !.
Из формулы (5.1) следует, что коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью равен Лсь = Аоь/(1 + рАаъ) " меныпс коэфф«щиента усиления ОУ без обратной связи. Вели"иг«У РАов нагывают не«плевым усилениел«. Прн болыпсм петлезггм усилении, когда гАаь » 1> иьгеем Ась А>гг/гАоь> "оэтому коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связ аиз«ю практически не зависит от коэффициента усиления без Ратной связи, Ло, а определяется главным образом параметрам««петли обратной связи.
Для схемы на рнс. 5.4 г/% + 7,), откуда следует, что Асв = !/г (2, + се)/Ег = + 2е/2„а значит, Асг, определяется отношением двух «гол««ых сопРотивлений — 2« н 2. Входной сигнал о,, котоРый пост п Упаег на неинвертирующнй вход Оу, передается на выход ОУ ~оэфф««циентом УсилениЯ 1 + Уа/Яг. Коэффициент УсилениЯ 288 Глава Э другого входного сигнала ае, во-первых, имеет отрицательн,й знак, а во-вторых, учитывает преобразование делителем нап,„ жения (У„2а) и равен (Яас'(2> + Ла) ! ! — (! + Уас>2>) ! = — Еа>2>. Ниже в этой главе проведен анализ схем включения ОУ с отри цательной обратной связью, в котором используются урааневс„я узлоеесх патенциалаа, полученные из закона Кирхгофа.
Сначала этот метод будет применен при условии, что Ао„- оо, т когда каэффициенсп усиления ОУ без обратной связи бесконечно велик. Хотя такой режим практически не осуществим, он явлт(ется хорошей аппроксимацией реальных ситуаций, и поэтому резуль. таты его анализа име>от большую практическую ценность Затем иа основе метода узловых потенциалов будет проведен анализ работы ОУ при конечном значении коэффициента усиления ОУ без обратной связи.
После этого будут рассмотрены особенности работы ОУ при условии, что его характеристики не являются идеальными. 5.3. Анализ схем на основе ОУ с обратной связью с помощью уравнений узловых потенциалов Последующий анализ схем включения ОУ основан на методе узловых потенциалоа, опирающемся на закон Кирхгофа. Предположим, что ОУ вЂ” идеальный усилитель напряжения и что его в Рис. 5.5. Схема вил>оченив Г>У дла аналвза методом узловмл ев тенцналов, входы пе потребляют тока от источника входных сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
