Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Поскольку такие устройствапропускают наряду с переменной составляющей еще и постоянную, тоотдельныекаскадыдолжныбытьсвязанымеждусобойлибонепосредственно, либо через резисторы, но не через разделительныеконденсаторы или трансформаторы, которые не пропускают постояннуюсоставляющую. Основную проблемуусилителейпостоянноготокапредставляет дрейф нуля — отклонение напряжения на выходе усилителяот начального (нулевого) значения при отсутствии входного сигнала.Основной причиной этого явления являются температурная и временнаянестабильность параметровактивныхэлементовсхемыусилителя,резисторов, а также источников питания.Одним из возможных путей уменьшения дрейфа нуля являетсяиспользование дифференциальных усилителей.Дифференциальные усилителиПринцип работы дифференциальногоусилителяпояснимчетырехплечевогонамостапримере(рис.3.47),выполненного на резисторах R1, R2, R3, R4.В одну диагональ включен источник U, а вдругую - сопротивление нагрузки RH.
Есливыполняется условиеR1 R3R 2 R 4 , (3. 68)то мост сбалансирован, и ток в RH будет равен нулю. Баланс ненарушится, если будут меняться напряжение U и сопротивления резисторовплеч моста, но при условии, что соотношение (3.68) сохранится.На рис. 3.48 представлена схема простейшего дифференциальногоусилителя. Очевидно, что она аналогична схеме моста на рис. 3.47, если R2и R4 заменить транзисторами VT1 и VT2 и считать, что R1 = RK1, R3 = RK2.Сопротивления RK1 и RK2 выбирают равными, а транзисторы VT1 иVT 2 - идентичными. Тогда при отсутствии входного сигнала Uвых12 такжеравно нулю. Температурное воздействие будет одинаковое на обаидентичных транзистора, поэтому, хотя их параметры и изменятся, ноодинаково и в одну сторону, чтонеотразитсянавыходномсигнале, так как разность Uвых1 иUвых2останетсянеизменной.Если на входы схемы Uвх1 иUвх2 подать одинаковые сигналыпо величине и фазе, называемыеcинфазными,тотокиобоихтранзисторов будут изменятьсяна одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряженияОглавлениеUвых1 и Uвых2, а напряжение Uвых12 по прежнему будет сохранятьсяравным нулю.
Если на входы подать одинаковые по величине, но сдвинутыепо фазе на 1800 сигналы, называемые дифференциальными, то возрастаниетока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока впротивоположном,вследствиечегопоявитсянапряжениенадифференциальном выходе Uвых12. Изменение температуры, паразитныенаводки, старение элементов и др.
можно рассматривать как синфазныевходные воздействия. Исходя из этого дифференциальный каскад обладаеточень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.Выводы:1. Дифференциальные усилители предназначены для усиления скольугодно медленно изменяющихся во времени сигналов, частотный диапазонкоторых начинается от 0 Гц.2. Дифференциальный усилитель: имеет следующие достоинства:малый дрейф нуля; высокая степень подавления синфазных помех.3. Недостатки дифференциального усилителя: требует двухполярногоисточника питания; необходима очень высокая симметрия схемы.Операционный усилительОперационным ycилителем называют усилитель постоянного тока,предназначенный для выполнения различного рода операций наданалоговыми сигналами при работе в схемах с отрицательной обратнойсвязью.Операционныеусилителиобладаютбольшимистабильнымкоэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход свысоким входным сопротивлением и несимметричный выход с низкимвыходнымсопротивлением,малымдрейфомнуля.Toестьподоперационным усилителем понимают высококачественный универсальныйусилитель.Операционныйусилитель(ОУ)—этовысококачественныйусилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так ипеременных сигналов.
Ранее такие усилители использовали главнымобразом в аналоговых вычислительных устройствах для выполненияматематических операций (сложения, вычитания и т. д.). Это объясняетпроисхождение термина «операционный». В настоящее время оченьшироко используются операционные усилители в виде полупроводниковыхинтегральных схем. Эти схемы содержат большое число (десятки)элементов (транзисторов, диодов и т. д.), но по размерам и стоимостиприближаются к отдельным транзисторам.
Оказалось, что операционныеусилители очень удобно использовать для решения самых различных задачпреобразования и генерирования маломощных сигналов, поэтому этиусилители очень широко используются на практике.При инженерной разработке электронных устройств на основеоперационных усилителей полезно иметь представление о внутреннейструктуре операционных усилителей, особенно об устройстве входных ивыходных каскадов, что помогает правильно решать вопросы согласованияоперационных усилителей с источниками входных сигналов и приемникамипреобразованных сигналов.Однако во многих случаях нет необходимости учитывать особенностиэлектронной схемы, реализованной в том или ином операционномусилителе.
При этом операционный усилитель рассматривается как«черный ящик», который описывается характеристиками и параметрами,соответствующими токам и напряжениям только внешних выводов.Особенности электрических процессов во внутренних цепях операционногоусилителя при таком подходе не учитываются. Именно поэтому начальныесведения по операционным усилителям даются в начальном разделе курсаэлектроники,вкоторомизучаютэлектронныеприборы(диоды,транзисторы и т. д.).Вообще следует отметить, что при обращении к тому или иномуобъекту как электроники, так и других областей науки и техники всегдаможно выделить следующие две тенденции.
Первая тенденция состоит вОглавлениестремлении как можно подробнее изучить и учесть внутреннюю структуруи внутренние процессы объекта, а вторая — в стремлении охарактеризоватьобъект так, чтобы эта структура и эти процессы учитывались как можноменьше. В отношении операционного усилителя можно сказать, чтопредставление его в форме «черного ящика» значительно упрощает анализэлектронных схем и обычно дает вполне приемлемые практическиерезультаты.Краткое описание операционного усилителяРассмотримнаиболееширокоиспользуемыеразновидностиоперационных усилителей, для питания которых применяются дваисточника напряжения (обычно +15 В и -15 В). По-другому это называютпитанием от источника с нулевым выводом или от расщепленногоисточника ±15 В.Приведем один из вариантов условного графического обозначенияоперационного усилителя (рис.
1.133). Обозначение общего вывода «0V»расшифровывается как «ноль вольт». Для уяснения назначения выводовизобразим типичную схему на операционном усилителе — схемуинвертирующего усилителя (рис. 1.134).Ниже будет показано, что если входное напряжение ивх достаточномало по модулю, то выходное напряжение ивых определяется выражениемuвых uвхRос.R1Часто на схемах выводы +U, -Uи 0V не указывают (но, естественно,подразумевают)ииспользуютупрощенноеусловноеграфическоеобозначение (рис. 1.135). При этом приведенная выше типичная схемаприобретает упрощенный вид (рис. 1.136).ОглавлениеВ литературе, особенно зарубежной, часто используют условныеграфические обозначения, не соответствующие стандарту, принятому у нас(рис. 1.137).Условные обозначения операционных усилителей приведены нарис.
3.49. Один из входов, обозначенный знаком «+», называютнеинвертирующим (прямым), так как сигнал на выходе и сигнал на этомвходе имеют одинаковую полярность. Второй вход, обозначенный знаком«-»(еготакжеобозначаютзнакоминверсии«о»),называютинвертирующим, так как сигнал на выходе по отношению к сигналу на этомвходе имеет противоположную полярность. Помимо трех сигнальныхконтактов (двух входных и одного выходного) операционный усилительсодержит дополнительные контакты (обычно число контактов составляет 14или 16).Параметры операционного усилителя характеризуют его эксплуатационныевозможности.
Основными параметрами являются:1. Коэффициент усиления напряжения без обратной cвязи Кuпоказывающий, во сколько раз напряжение на выходе превышаетнапряжение сигнала, поданного на дифференциальный вход. Типовоезначение Кu = 105 ... 106.2.КоэффициентослаблениясинфазногосигналаКослсф,показывающий, во сколько раз дифференциальный сигнал сильнеесинфазного.Данныйпараметропределяетсясвойствамивходногодифференциального каскада и составляет 80 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
