14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

Основной причиной этого явления являются температурная и временная нестабильность параметров активных элементов схемы усилителя, резисторов, а также источников питания. Одним из возможных путей уменьшения дрейфа нуля является использование дифференциальных усилителей.75А.В. Глазачев, В.П.

Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекций3.14.1. Дифференциальные усилителиПринцип работы дифференциального усилителя пояснимна примере четырехплечевого моста (рис. 3.47), выполненногона резисторах R1 , R2 , R3 , R4 . В одну диагональ включен исR3R1точник U , а в другую – сопротивление нагрузки Rн . Если выRнполняется условиеUR1 R3,(3.68)R2 R4R4R2то мост сбалансирован, и ток в Rн будет равен нулю.

Балансне нарушится, если будут меняться напряжение U и сопротивления резисторов плеч моста, но при условии, что соотноРис.3.47. Схема четырехплечевого мосташение (3.68) сохранится.На рис. 3.48 представлена схема простейшего дифференциального усилителя. Очевидно, что онааналогична схеме моста на рис. 3.47, если R2 и R4 заменить транзисторами VT1 и VT 2 и считать, чтоR1  Rк1 , R3  Rк2 .Сопротивления Rк1 и Rк2 выбирают равными, а транзисторы VT1 и VT 2 – идентичными.

Тогда приотсутствии входного сигнала U вых12 также равно нулю. Температурное воздействие будет одинаковое наоба идентичных транзистора, поэтому, хотя их параметры и изменятся, но одинаково и в одну сторону, чтоне отразится на выходном сигнале, так как разность U вых1 и U вых2 останется неизменной. Если на входысхемы U вх1 и U вх2 подать одинаковые сигналы по величине и фазе, называемые синфазными, то токиобоих транзисторов будут изменяться на одинаковую величину, соответственно будут изменяться напряжения U вых1 и U вых2 , а напряжение U вых12 по прежнему будет сохраняться равным нулю.

Если на входыподать одинаковые по величине, но сдвину- Eктые по фазе на 1800 сигналы, называемыедифференциальными, то возрастание тока вU вых1U вых2R3R1одном плече будет сопровождаться уменьVT 2VT1шением тока в противоположном, вследствиеU вых12чего появится напряжение на дифференциальном выходе U вых12 . Изменение темпераR2R4туры, паразитные наводки, старение элеменRэтов и др. можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Исходя из этогодифференциальный каскад обладает оченьвысокой устойчивостью работы и малочувU вх1U вх2ствителен к помехам.Рис.

3.48. Схема дифференциального усилителяВыводы:1. Дифференциальные усилители предназначены для усиления сколь угодно медленно изменяющихся во времени сигналов, частотный диапазон которых начинается от 0 Гц.2. Дифференциальный усилитель: имеет следующие достоинства: малый дрейф нуля; высокаястепень подавления синфазных помех.3. Недостатки дифференциального усилителя: требует двухполярного источника питания; необходима очень высокая симметрия схемы.Rк1Rк23.14.2.

Операционный усилительОперационным усилителем называют усилитель постоянного тока, предназначенный для выполнения различного рода операций над аналоговыми сигналами при работе в схемах с отрицательной обратной связью.Операционные усилители обладают большим и стабильным коэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и несимметричный выход с76А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийнизким выходным сопротивлением, малым дрейфом нуля. То есть под операционным усилителемпонимают высококачественный универсальный усилитель.Условные обозначения операционных усилителей приведены на рис.

3.49. Один из входов,обозначенный знаком «+», называют неинвертирующим (прямым), так как сигнал на выходе и сигнал на этом входе имеют одинаковую полярность. Второй вход, обозначенный знаком «–» (его такжеобозначают знаком инверсии « о »), называют инвертирующим, так как сигнал на выходе по отношению к сигналу на этом входе имеет противоположную полярность. Помимо трех сигнальных контактов (двух входных и одного выходного) операционный усилитель содержит дополнительные контакты (обычно число контактов составляет 14 или 16).Вх иВх иВыхВх наВх нВх иВыхбВыхВх нвРис. 3.49. Условные обозначения операционных усилителейПараметры операционного усилителя характеризуют его эксплуатационные возможности. Основными параметрами являются:1. Коэффициент усиления напряжения без обратной связи Ku , показывающий, во сколько разнапряжение на выходе превышает напряжение сигнала, поданного на дифференциальный вход.

Типовое значение K u  10 5 10 6 .2. Коэффициент ослабления синфазного сигнала K осл сф , показывающий, во сколько раздифференциальный сигнал сильнее синфазного. Данный параметр определяется свойствами входного дифференциального каскада и составляет 80100 дБ.3. Напряжение смещения нуля U см , представляющее собой постоянное напряжение определенной полярности, которое необходимо подать на вход при отсутствии входного сигнала, для тогочтобы напряжение на выходе стало равным нулю. Наличие отклонения выходного напряжения отнуля обусловлено, хотя и малым, но неизбежным дисбалансом плеч дифференциального каскада.Практически U см 520 мВ.U см4.

Температурный дрейф напряжения смещения ТКU см , характеризует изменениеTмкВнапряжения U см при изменении температуры и составляет 1 30 0 .С5. Входное сопротивление для дифференциального Rвх диф сигнала. Измеряется со сторонылюбого входа в то время, когда другой вход соединен с общим выводом. Величина Rвх диф лежит впределах сотен кОм – единиц МОм.6. Входное сопротивление для синфазного Rвх сф сигнала. Измеряется между соединеннымивместе входами операционного усилителя и корпусом. Данное сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление для дифференциального сигнала.7.

Выходное сопротивление Rвых . Величина выходного сопротивления для операционногоусилителя составляет десятки – сотни Ом.3.14.3. Схемотехника операционных усилителейВ состав операционных усилителей входит несколько каскадов. Наиболее простое схемное решение имеет операционный усилитель К140УД1 (рис. 3.50), изготовленный на кремниевой пластинеразмером 1,1  1,1 мм и содержащий 9 транзисторов. Данная схема обеспечивает сравнительно невысокий коэффициент усиления Ku  2000 , дает ослабление синфазного сигнала K осл сф  60 дБ иимеет невысокое входное сопротивление Rвх  4 кОм.77А.В.

Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийПоследующие разработки позволили улучшить параметры операционного усилителя за счетусложнения схемы. Так, например, в К140УД7 входное сопротивление составляет 400 кОм при входном токе 200 нА, коэффициент ослабления синфазного сигнала K осл сф  70 дБ.Промышленностью выпускается большое разнообразие операционных усилителей, которыеразделяют на две группы: общего и частного применения. Операционные усилители частного применения разделяют на быстродействующие (скорость нарастания выходного напряженияВ), прецизионные (обладают высоким Ku  2000 , высоким K осл сф  120 дБ, малымVu  50 70мксU см 1 мВ), микромощные (питаются от источников  3 В и  6 В и потребляют ток менее 1 мА), мощные (обеспечивают выходной ток до 1 А) и высоковольтные.ОУ К140УД1R4712R8R2R1VT 7VT 52VT 4Вход10неинв.VT 2VT1VD13R9R5Вход 9инв.4VT 95R6ВыходVT 8R11VT 3R10VT 6R12R7R311 каскад2 каскадКаскадсдвигапотенциалаВыходнойкаскадРис.3.50.

Электрическая принципиальная схема операционного усилителя К140УД13.14.4. Основные схемы на операционных усилителяхR2I1R1 I 2U вхРис.3.51. Инвертирующий усилительный каскадна идеальном операционном усилителеU выхВид выполняемых операционными усилителями операций определяется внешними по отношению к нему элементами. От параметровоперационного усилителя зависит только точность выполняемых операций. Рассмотримнаиболее распространенные схемы на основеоперационного усилителя.Инвертирующий усилитель. На рис.

3.51изображена схема инвертирующего усилителя наидеальном операционном усилителе, которыйосуществляет усиление аналоговых сигналов споворотом фазы на 1800 .78А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийВо входной цепи протекает переменный ток,R2действующее значение которого равноUU(3.69)I1   I 2  вх   вых ,R1 I 2R1R2т.к. идеальный операционный усилитель имеетбесконечно большое входное сопротивление.U выхR2Тогда U вых  U вх. Следовательно,U вх I1R1R2коэффициент усиления схемы: K u  . (3.70)R1Рис. 3.52.

Неинвертирующий усилительный каскадОтсюда следует, что Ku определяетсяна операционном усилителевнешними резисторами R1 и R2 . В современныхоперационных усилителях Rвх и Ku достаточно велики, поэтому расчет по выражению (3.70) обеспечивает достаточную точность при практических расчетах.Неинвертирующий усилитель. На рис. 3.52 изображена неинвертирующая схема на операционном усилителе. В этой схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а напряжениеобратной связи на инвертирующий.Величина напряжения обратной связи:R1.(3.71)U оос  U выхR1  R 2Так как коэффициент усиления достаточно высок, можно считать, что U вх  U оос , тогда коэффициент усиления схемы:R2.(3.72)Ku  1 R1Если R 2  0 , то K u  1 , то схема неинвертирующего усилителя превращается в повторительнапряжения с высоким входным и низким выходным сопротивлением (рис.

3.53).Логарифмирующий усилитель получается вR1 I 2том случае, когда вместо резистора R2 в цепь обратной связи включают полупроводниковый диодU вых(рис. 3.54). При этом постоянный ток во входнойIU вх 1цепи равен:U(3.73)I1  вх .RПостоянный ток через диод равен:I 2  I 0eU выхU вхРис. 3.53. Повторитель напряженияна операционном усилителе.(3.74)U выхUТак как I1  I 2 , то вх  I 0 e U вх , отсюдаRвыходное напряжениеU U вых  U вх ln  вх  .

Характеристики

Список файлов учебной работы