Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Скорость нарастания - это максимальная скорость изменения выходного сигнала при подаче на вход сигнала прямоугольной формы.98Показатель ограничивает частоту синусоидального сигнала, на которой возможно получение на выходе ОУ неискаженного колебания требуемой амплитуды V=2pF×Umвых;- статические погрешности – это параметры, учитывающие отклонениевыходного напряжения при отсутствии входного.Основными характеристиками (рис.8.3), оценивающими работу ОУ,являются передаточная (амплитудная) и амплитудно-частотная (АЧХ).Рис.8.3.
Характеристики операционного усилителяПередаточная характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения от знака и уровня дифференциального входного напряжения. Реальная характеристика из-за наличия напряжения смещения Uсм имеет некоторый сдвиг. Амплитудно-частотная характеристика ОУ соответствует АЧХ усилителя постоянного тока.На рис. 8.4 представлена эквивалентная схема операционного усилителя.Рис.8.4.Эквивалентная схема операционного усилителяЭлементы, введенные в эквивалентную схему, учитывают наличиевходных токов смещения, представленных источниками тока I‾вх и I+вх сосвоими сопротивлениями, усиление дифференциального и синфазного сигналов – источниками КдUдф и КсфUсф тока, внутреннее сопротивление Rвых иприведенную емкость Со.998.2. Схемы включения ОУОперационные усилители обладают высоким собственным коэффициентом усиления, а поэтому для обеспечения их работы в линейном режимеиспользуются с внешние отрицательные обратные связи.
В линейном режимеамплитуда выходного напряжения должна быть меньше напряжения насыщения ±Umax.В целях упрощения рассмотрения принципа работы типовых схем, выполненных на базе операционных усилителей, вводится понятие идеальногоОУ, для которых принимается:- бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления, независящий от частоты сигнала;- бесконечно большие входные сопротивления и близкое к нулю выходное сопротивление:- отсутствие дрейфа нуля и смещения выходного напряжения;- бесконечно большое значение коэффициента подавления синфазногосигнала.Из-за наличия двух входов управляющий сигнал также, как и в обычном дифференциальном каскаде, может подаваться несколькими способами,в связи, с чем различаются соответствующие схемы включения ОУ, обладающие своими значениями параметров.8.2.1.
Инвертирующее включение ОУСхема инвертирующего включения показана на рис.8.4, в которойвходной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ при заземленном неинвертирующем. Сопротивление отрицательной обратной связи Rос, включенное с выхода усилителя на инвертирующий вход, образует цепь параллельной обратной связи по напряжению.а)б)Рис. 8.5. Инвертирующее включение ОУПринимая ОУ идеальным с параметрами Rвх →∞, Rвых→0, Кд→∞ можно полагать, что его входные цепи из-за бесконечно большого входного сопротивления не потребляют ток от источника сигнала (I+вх=I-вх= 0).
Это допущение позволяет считать равным нулю (Uдф=0) дифференциальное входноенапряжение (напряжение между инвертирующим и неинвертирующим вхо100дами). В этом случае потенциал инвертирующего входа также равен нулю,что позволяет считать инвертирующий вход виртуально заземленным.В результате такого допущения можно считать, что входное напряжение целиком приложено к резистору R1, а выходное - к резистору цепи обратной связи Rос. Поэтому через резистор R1 протекает ток I1= Uвх/R1, черезрезистор обратной связи – Iос=Uвых/Rос.Инвертирующий усилитель — усилитель,изменяющий фазу гармонического сигнала на180° или полярность импульсного сигнала напротивоположную.Из схемы следует равенство токов I1= Iос, что дает значение напряженияна выходе ОУU ВЫХ = -U ВХ ×ROC= -U ВХ × K иR1(8.1)и соответственно коэффициент усиления схемы равенКи = -Rос.R1(8.2)Знак минус показывает изменение фазы усиливаемого сигнала.В схеме на реальном операционном усилителе, имеющего конечноезначение входного сопротивления, коэффициент усиления зависит от коэффициента передачи входной цепи Квх и входного дифференциального сопротивления Rдф самого ОУ.
С учетом названных параметров, используя свойства усилителя, охваченного обратной связью, инвертирующий коэффициентусиления будет равенКи = -К вх × К дК вх,=11 + Кд × b+bКдгде коэффициенты передачи входной цепи и обратной связиК вх =b=( Rос × Rдф ) /( Roc + Rдф )R1 + ( Rос × Rдф ) /( Roc + Rдф )( R1 × Rдф ) /( R1 + Rдф )Roc + ( R1 × Rдф ) /( R1 + Rдф )101.,(8.3)Результирующее значение инвертирующего коэффициента усиленияКи = -Roc×R1Кд.Roc Roc1 + Кд ++R1 Rдф(8.4)Принимая в этих формулах собственный коэффициент усиления ОУR1Кд→∞ и Rдф→∞, получим уже найденное ранее значение К и = - = - ос .bR1Входное сопротивление схемы инвертирующего усилителяRвх = R1 +Roc × RдфRoc + Rдф»R1.(8.5)8.2.2.
Неинвертирующее включение ОУПри данном включении операционного усилителя входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а сигнал обратной связи через делитель R1 и Rосна инвертирующий (рис. 8.5, а).а)б)Рис.8.5. Неинвертирующее включение ОУНеинвертирующий усилитель — усилитель,сохраняющий (повторяющий) фазу гармонического сигнала или полярность импульсногосигнала входного сигнала.В неинвертирующем включении ОУ коэффициент передачи входнойцепи в основном определяется дифференциальным входным сопротивлениемоперационного усилителяRдфК вх =.(8.6)Rдф + ( R1 × Roc) /( R1 + Roc )102Коэффициент передачи данной схемы К н с учетом влияния ООС равенКи =U ВЫХ=U ВХU ВЫХU ВЫХR1×R1 + ROC= 1+ROC.R1(8.7)Отдельным вариантом неинвертирующего включения является схема,которая получается из основной исключением резисторов цепи обратной связи(рис.8.5, б).
Так как в этом случае усилитель охвачен 100% -й ООС и коэффициент передачи цепи обратной связи β равен единице, то и общий коэффициентусиления равен единице. Данная схема носит названия повторитель, буферныйусилитель, изолирующий усилитель.8.2.3. Дифференциальное включение ОУДифференциальное включение ОУ (рис.8.6) используется для усиленияразности напряжений Uвх.диф.=(Uвх2–Uвх1), действующих между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя. Схема характеризуется комбинацией инвертирующего и неинвертирующего включений ОУ, что позволяетее работу оценивать с помощью ранее сделанных выводов.Дифференциальный усилитель — усилитель,выходное напряжение которого равно усиленной разнице между неинвертирующим и инвертирующим входами.Рис.8.6.
Дифференциальное включениеДействительно, при Uвх2= 0 схема будет работать по отношению к Uвх1как инвертирующий усилитель и его выходное напряжение согласно (8.2)Uвых1= – Rос·Uвх1/ R1. При Uвх1=0 схема представляет неинвертирующий усилитель, на входе которого для выравнивания коэффициентов усиления схемвключения ОУ включен делитель напряжения R2 и R3 с коэффициентом деления R3/(R2+R3). В этом случае выходное напряжение равно103U вых 2 =RR3× (1 + ос ) .R 2 + R3R1(8.8)При воздействии обеих входных сигналов и обеспечении равенстваRос·R2 = R1·R3 выходное напряжение схемы равноUвых = Uвых2 – Uвых1= Кн·Uвх2 – Ки·Uвх1 = (Uвх2– Uвх1) ·Rос/R1.(8.9)8.3. Статические погрешности ОУВыходное напряжение операционного усилителя при отсутствии входного всегда отлично от нуля на величину постоянной составляющей Uo, которая является так называемой статической погрешностью.
Она снижает максимальную амплитуду выходного напряжения и соответственно, приведенная ко входу, ограничивает чувствительность реализуемого усилителя. Такжестатическая погрешность может привести к появлению нелинейных искажений выходного сигнала (рис.8.7) за счет отсечки его одной полуволны. Вобщем случае статическая погрешность определяется собственными параметрами ОУ и используемыми внешними элементами.Рис.8.7. Влияние статической погрешностиОсновными параметрами операционного усилителя, характеризующимиего статические погрешности, являются напряжение смещения Uсм, конечныезначения входных токов, температурный дрейф напряжения смещенияdUсм/dt и разности входных токов d(DIвх)/dt, коэффициент усиления синфаз104ного сигнала, нестабильность коэффициента усиления при изменении напряжения источника питания.Напряжение смещения (сдвига) Uсм – есть выходное напряжение ОУ принулевом входном сигнале, отнесенное ко входу.Наличие Uсм приводит к появлению напряжения на выходе ОУ, равногоUo1=Uсм×(Rос+ 1) .R1(8.10)Уменьшение влияние этой погрешности возможно выбором операционного усилителя с меньшим значением напряжения смещения, использованием внешней компенсации этого напряжения.Наличие входного тока приводит к появлению дополнительного выходного напряжения, равногоUo2 = I‾вх× Rос.(8.11)Введение в неинвертирующую цепь резистора (рис.8.5,б) с сопротивлением равным R2 = R1 // Rос создает на нем за счет протекания тока I+вх падение напряжения, компенсирующее эту составляющую до значенияUo2 = DIвх × Rос.(8.12)Определенную долю статической погрешности вносит усиление синфазной составляющей или конечное значение коэффициента подавления синфазного сигнала qU 03 = К ×U сфq.(8.14)Использование нестабилизированного источника питания определяетсвою погрешность, определяемую выражениемUo4 = d × Ko × KЕ,(8.15)где d - относительная нестабильность источника питания,КЕ – коэффициент влияния нестабильности источника питания.Таким образом, общая статическая погрешность определяется суммойвсех составляющихUo = Uo1 + U02+ Uo3+ Uo4+ Uo5.105(8.16)8.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
