Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Лекцию 4). В этом случае.".::,: крутизна дифференциального каскада будет иметь значение: дн ц К, = 5, = у„-'- = — ', ~Щ.-:., Паклин 8 Операционные усилители ии~ 20=~;=С„;~ —, 18.2а) Для переменного гармонического сигнала с частотой со эта зависимость мо":.,-жет быть представлена в виде ,:; откуда находим коэффициент передачи интегратора су| с' Учитывая, что коэффициент передачи выходного повторителя напряжения ~, Ка=1, найдем полный коэффициент передачи ОУ д~ К=К,К,К,=„.,'; Формула 18.4) показывает, что с ростом частоты со ~гсдонижается.
Крутизна Я,. дифференциального кас а..',члняшт на скорость снижения коэффициента усил г:,. формулой нельзя пользоваться, если частота со- О, так !:;-;Иначе говоря, эта формула отражает на постоянном -;. операционного усилителя Поэтому в реальном усилите 4к являя будет продолжаться до тех пор, пока он н ~-,:":: на постоянном напряжении. График зависимости частоты входного сигнала приведен на рис.
8.5 а ,';;, рвфмическом масштабе по формуле .у; К=-2018 зст [дБ), 18. 5) ~:„"! еде К сдБ) — коэффициеин усиления в децибелах. Пользуясь частотной зависимостью коэффициента ~!.:;::Разделить предельную частоту ОУ, на которой коэффиц ,,' 'рваным единице (или К(со„с) =ОдБ) о; 21, =соС„1г, (8 4) када ения е станет козфф Этот г (8.6) К10) 87 Оу ыс Рнк аз Графики иастотдой лаансиыости коаффикнснта усиисииа Оу Са) н максимальной аинлитуды выходного сигнала Соо Риздеэ 2 Аналоговые интег альные микросхемы Динамические свойства ОУ часто описывают при помощи скорости нарастания выходного напряжения Г„,„„, Учитывая, что и„,„=и, из формулы (8.2 и), найдем скорость нарастания и„, (8.7) Из формулы (8.7) следует, что для увеличения скорости нарастания следуе~ увеличивать крутизну 5, дифференциального каскада и снижать емкость коррекции С„.. Скорость нарастания связана с предельной частотой усиления ОУ.
Если в формуле (8.7) подставить значение емкости из (З.б), то получим эту зависимость зл ю„ откуда следует, что чем больше предельная частота (т. е. частота единичного усиления) тем выше скорость нарастания выходного напряжения. Следует отметить„что для определения скорости нарастания на вход ОУ необходимо подавать столь большое входное напряжение, чтобы дифференциаль- .' ный каскад полностью переключался из одного состояния в другое. В этом случае весь ток 20 =ц проходит в интегратор, и поэтому скорость нарастания, определя- '„: емая по формуле (8.8), будет максимальной.
В данном рассмотрении принималось, что емкость С„настолько велика, ',: что усилитель имеет достаточный запас устойчивости го фазе на часто~с ы, (т. е. дополнительный набег фазы не превышает 90"). Это позволяет использовать ОУ с замкнутой обратной связью без опасности его самовозбуждения. Уменьшение емкости С„приводит к увеличению усиления и максимальной скорости нарастания, однако это можно сделать только в том случае, если коррек- '.; ция выполняется с помощью внешних элементов. При внутренней коррекции .'! емкость С„является элементом интегральной микросхемы и уменьшить еснельзя. В справочных данных на ОУ иногда приводится значение максимальной ча- '::"- стоты усиления большого сигнала. Смысл этого параметра состоит в том, что ов ',к позволяет установить максимальную частоту гармонического сигнала, при кото-:.' ':" рой на выходе ОУ можно получить без значительных искажений выходной сигнал ",:;: синусоидальной формы с заданной амплитудой (7., Очевидно, что этот параметр::.
связан с максимальной скоростью нарастания гармонического сигнала на выходе -".'. ОУ. Если принять, что и„„„=(7„,апеи, то его скорость изменения будет равна „: г7и„.„,/лг=ю(7„,совок и при созел=1 она будет иметь максимальное значение Из формулы (8.9) найдем максимальную частоту усиления большого сигнала Выражение (8.10) показывает, что до частоты ш „, па выходе ОУ можно полу- .--'';:.: чить неискаженный сигнал с ам~шитудой (7„,.
С повышением частоты амплитуда:!: Лекция 8. Опе ационпые силители ~!':: неискаженного сигнала на выходе уменьшается по гиперболическому закону, Гра-';:;. -фик такой зависимости приведен на рис. 8.5 б. /7рииер. В качестве примера рассмотрим взаимосвязь основных параметров ОУ типа К40УД7 (апалог усилителя цА741). Исходными данными для анализа :;;:;, этого усилителя являются; ток дифференциального каскада 0=10мкА, емкость коррекции С„=ЗОпФ, К(0)=130дБ По формуле (8.2) найдем его крутизну: Я, =10-025 10-' =400мкА/В. Предельную частоту усиления найдем по формуле (8.б): 4 10 9/3!О и 2к 2 1МГц Максимальную скорость нарастания определим по формуле (8.7): 1'„,, =-2 1О-ЧЗО 10 " '=0,67 В/мкс Максимальную частоту усиления при выходном напряжении (/.„„,,„=10В найдем по формуле (8.10) м „, бтле' ./,-, ='7к» вЂ” -- -2-,-,—.-:1О,б кГц.
Основные характеристики операционных усилителей люжно разделить на две '::;. групзы: статические и динамические. К статическим относятся характеристики, определяющие работу ОУ в установившемся режиме ° коэффициент усиления на гостоянном напряжении К(0)=И/„„/И/„,; ° напряжение смещения нулевого уровня е, -- это напряжение, которое нужно приложить ко входу ОУ, чтобы сделать (/„,,„=0; ° входные токи /„, и /„„-- зто токи, протекаюшие через входные цепи ОУ; ' разность входных токов Ж,„=/,„,-/ ° темперюурный коэффициент напряжения смешения нулевого уровня Ье,./ЬТ; ° температурный коэффициент разности входных токов Ь/т/„„~/зТ; ° коэффициент ослабления синфазного сигнала К....
— — это отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала к коэффициенту усиления синфазиого сигнала К,„е/К,е=К.:-, максимальный выходной ток 1„,„„„,, Динамические характеристики ОУ описываются обычно двумя параметрами ':;:::. предельной частотой (частотой единичного усиления) /,,„=/, и максимальной око- ;:,-:...ростью нарастания выходного напряжения 1',,„„„.„. Параметры динамического -"'.
рвжима во многом зависят от цепей частотной коррекции, которая осуществляется с помощью ЯС-цепей, подключаемых к соответствующим зажимам ОУ. Основ- .!.': ное назначение коррекции — предотвраепать возникновение автоколебаний в ОУ .!,' .при охвате его цепью отрицательной обратной связи. Причина возникновения автоколебаний кроется в том, что в самом ОУ и в -::: —.цепях обратной связи имеются фазовые сдвиги, вследствие чего отрицательная ;.:..обратная связь па некоторой частоте превращается в положительную. Цепи 89 Раздел 2 Аналоговые интегральные микросхемы коррекции снижают коэффициент усиления на частоте, на которой фазовый сдан~.
в замкнутом контуре составляет ЗбО'. Иногда используют цепи коррекции, которые уменьшают фазовый сдвиг на тех частотах, на которых коэффициент усиления в замкнутом контуре больше единицы. Такую коррекцию называют опережающей, так как она обеспечивает опережение по фазе. Корректирующие цепи обычно рекомендуются предприятием, изготовителем и приводятся в справочных руководсгвах. В то же время имеется большое количество ОУ с внутренней коррекцией. Внугренняя коррекция упрощает использование ОУ, но не позволяет полно реализовать его динамические свойства.
Классификация ОУ. В соотвесгвии с ГОСТ 4.4б5-8б все ОУ делятся на следующий группы по совокупности их параметров: . универсальные, или общего применения (К10)=10'...10', К„= 1,О. 10Мгц, е, >0,5мВ)., прецизионные, или инструментальные (К(0)>0„5.10', е <0,5мВ), . быстродействующие (1'и„„„>20В/мкс, уая>15МГц); ° микРомощные 1лла,„< 1 мА). В табл.
8.1 приведены сравнительные данные для некоторых типов ОУ из различных групп. Следует отметить, что прецизионные ОУ имеют весьма малые значения напряжения смещения нулевого уровня и его температурного коэффициента, кроме того они отличаются большим значением коэффициента усиления, что приближает их к идеальным ОУ.
В свою очередь быстродействующие усилители отличаются широкой полосой пропускания и высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Микромощные усилители отличаются высокой экономичностью, Они могут работать при напряжении питания от 1,5 В и потреблять ток 10...! ООО мкА. Операционные усилители продолжают совершенствоваться; появляются новые типы, обладающие некоторыми особыми свойствами. Так, например, появились ОУ с внутренней гальванической развязкой входа и выхода. С этой целью в них введен оптрон„с помощью которого входные и выходные цепи ОУ оказываются разделенными. Таблица 8.1 Сравнительные характеристики ОУ 90 Леяциа 8. Опе апиоиные усилители Применение ОУ.
Иивертирующие и иеинвертирующие усилители. Схема инвер" тяру|ощего усилителя приведена ла рис. 8.6 а. На инвертирующий вход ОУ в этой :,схеме подается сигнал, определяемый суммой входного и выходного напряжений и делителем на сопротивлениях Л, и 71а. Так как неинвертирующий вход ОУ соединен , с общим выводом, а (хаа)'='О, то напряжение на инвертирующем входе также будет -'равно нулю. В результате для схемы рис. 8.6 а можно записать уравнение )у ча л, лт ' : откуда находим коэффициент усиления усилителя: (8.11) Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис. 8.6 б.
В этой схеме вход.: ной сигнал подается непосредственно на неинвертирующий вход ОУ, а к ииверти:: -рующему входу подводится напряжение обратной связи с выхода ОУ. Поскольку '.яаг~ряжение между входами равно нулю, то на инвертирующем входе также будет ;. аалряжепие 1::Таким образом, коэффициент усиления определяется формулой К=1+ я 1 (8.12) В частном случае при тт,=О и любом значении )1, (кроме нуля) получаем ':;повторитель напряжения с коэффициентом передачи К=1.
Схемы интеграторов тока и напряжения приведены на рис. 8.7. Для схемы интегратора тока (рис. 8.7 а) можно записать уравнения 1„„= — ас, У,.=-'дй, откуда ':;:лолучаем значение выходного напряжения (7„,„= бс, = — — 1),„сй'. (8.13) б) Рнс. 8.6. СХема инвертнруияаесо усилителя (а) н неинверсируияяесо усилителя (о) на Лифференлнаяьном ОУ Раас)от 2. Аналоговые интегральные мик осхемы б) Рис.
Е7. Схема ивюетратора тока (а) и вите ратора иаоряжеивя 1В) иа аиффсреииваяьиом ОУ Аналогично. лтожно записать для интегратора напряжения (рис. 8.7 г)) значение выходного напряжения, если учесть, что га„= 1)„,Ж (8.14) Кроме линейных элементов в цепи обратной .::. связи ОУ могут быть включены различные пет,":.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
