ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ПАРАМЕТРЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Название – от усилителей, которые в аналоговой вычислительной технике применяется для различных математических операций.

В интегральном исполнении ОУ – это двухвходовый УПТ с высоким коэффициентом усиления (К_U = 10⁴ – 10⁶) высоким входным и низким выходным сопротивлением, использующие глубокие отрицательные связи.

Параметры схемы с ОУ, благодаря большому К_U определяется главным образом внешними элементами цепей О.О.С. и практически не зависят от параметров.

Принципиальные схемы интегральных ОУ содержат, как правило, два или три каскада усиления напряжения (Входной всегда по дифференциальной схеме), выходной каскад (эммитерный повторитель – низкоомный выход) и цепи согласования каскадов между собой.

Важнейшими параметрами ОУ, которые приводятся в паспортных данных являются:

1) Коэфф. усиления без внешних ООС. К_U

2) Напряжение источника питания U_И.П.

3) Потребляемый ток Iпот

4) Напряжение смещения нуля Uсм (на входе при котором Uвых=0)

5) Входное сопротивление Rвх

6) Выходное сопротивление Rвых

7) Выходное напряжение Uвых

8) Максимальное входное напряжение Uвых.мах

Динамические параметры ОУ (по реакции на скачёк Uвх)

9) Скорость мерцания Uвых (скорость отклика)

Uвых=∆U/∆t (от 0,1 до 0,9 Uвых) – 0,1÷100в/мкс)

10) Время установления Uвых

tуст = (2ос дост. уровня Uвых)0,05÷2мкс)

Частотны параметры ОУ

11) Граничная частота (при кот. К = Кv/√2)

12) частота един. усил.(Кv = 1)

Рис. 4.20 Функциональная схема ОУ

В процессе эволюции схемотехники и технологических решений был создан целый ряд ИМС ОУ, которые можно разделить на 4 группы:

1) Общего применения (универсальные) – Для построения радиоэлектронной аппаратуры с суммарной погрешностью прядка 1%

Сущ. ИС, объединяющие в оном корпусе до 4 ОУ

2) Прецизионные (измерительные) ОУ KyV = 106. Они гарантируют малые уровни дрейфов и шумов, что даёт возможность реализовывать узлы с погрешностью порядка десятых долей%

3) Быстродействующие ОУ Имеет дополнительный высокочастотный канал и предназначены для построения широкополосных и быстродействующих узлов.

4) Микромощные уселители потребляют от источника питания ток менее 1мА и могут продолжительное время работать от автономного источника.

Корпуса – круглый 8 выводов, пластмассовый (КР140УД1), керамический (КМ551УД2),

в гибридно-илёночном исполнении (К284УД2) и бескоробочном, н-р, серии К740

4.6.2 Аналоговые схемы на операционных усилителях

Аналоговые схемы создаются, на базе операционных усилителей (ОУ), изготовленных по интегральной технологии для выполнения функций усиления, суммирования, интегрирования или иного преобразования аналоговых сигналов.

4.1.1 Инвертирующий операционный усилитель (ИОУ)

Для улучшения параметров операционных усилителей и придания им определенных свойств ОУ охватывается цепью обратной связи.

Операционный усилитель при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении изменяет полярность сигнала на противоположную или на 180 градусов. В усилительных устройствах широко применяется схема инвертирующего ОУ с отрицательной обратной связью. Входной сигнал и сигнал ОС подается на инвертирующий вход, при этом происходит сложение токов Iвх и Iос. Найдем усилительные параметры ИОУ.

Uвх = Iвх*Rвх, Uвых = -Iос*Rос, пренебрегая I‘вх, получим Iвх = - Iос

Отсюда U вых / U вх = Ku = -- R ос/ R вх.

Знак (-) указывает на то, что фазы выходного и входного напряжения противоположны. Конечное значение входного сопротивления отличает схему ИУ от НИУ.

4.1.2 Неинвертирующий операционный усилитель (НОУ)

Если сигнал обратной связи подается на инверсный вход, а входной сигнал на прямой вход усилителя, то

Uвых = Ku*(Uвх – Uос)

и ОУ называют неинвертирующим с отрицательной обратной связью (ОС).

Рассмотрим схему НОУ и определим его коэффициент усиления с учетом ОС, допуская, что Rн>>Rвых, Rвх>>R1, R2>>Rвых.

Напряжение ОС определяется как

Uос = Uвых R1/(R1+R2) = Uвых*g,

где g = R1/(R1+R2), т.е.

Uвых = K_U (Uвх – Uвых*g),

где K_U – коэффициент усиления ОУ без ОС.

Из вышеприведенных выражений следует формула для расчета имеет вид

Kuос = Uвых/Uвх = Ku/(1 + Ku*g) < Ku.

Таким образом, отрицательная ОС уменьшает коэффициент усиления каскада, и при Ku >>1, Kuос = (R1+R2) / R1 = 1 + R2/R1, т.е. Kuос определяется лишь отношением сопротивлений и не зависит от коэффициента усиления ОУ без ОС.

Кроме того, введение ОС позволяет стабилизировать коэффициент усиления НОУ. Действительно, если Ku уменьшится, то уменьшится и Uвых и Uос, но возрастет разность (Uвх – Uос), что приведет вновь к увеличению Uвых, т.е. к компенсации Uвых.

Сумматор инвертирующий представляет собой инвертирующий усилитель с обратной связью и суммированием входных токов. Выходное напряжение сумматора пропорционально сумме входных напряжений с обратным знаком, т.е.

Uвых = - (Rос/R1*Uвх1 +Rос/R2*Uвх2 + Rос/R3*Uвх3).

Сумматор неинвертирующий- усреднитель представляет собой неинвертирующий усилитель с обратной связью, выходное напряжение которого пропорционально среднему арифметическому от входных напряжений, т.е.

Uвых = (1+Rос /R1) *(U1 +U2 + U3)/3.

Рис. 4.23 Сумматор (инвертирующий) Сумматор (Неинвертирующий

Вычитатель – это операционный усилитель с дифференциальным включением входных сигналов, при этом Uвых = Rос/R1 *(Uвх1 -Uвх2) пропорционально разности входных напряжений при. R3 = Rос, R1 = R2.

U_ВЫХ = - U₁R_ОС /R₁ + U₂ (1 + R_ОС / R₁ )(R₃ /(R₂ + R₃ ))

Интегратор

– это инвертирующий ОУ с емкостью в цепи обратной связи, выходное напряжение которого

Uвых = -(1/С1*R1)∫Uвх(t)dt

Uc=Uвых

Считая Iвх=0, имеем i_R=-i_R

Uвых = -1/R1C1∫ Uвыхdt

-с dUc/dt = Uвых/R1

Для скачка величиной E имеем

Uвых = -1/R1C1 Et

Рис.4.25. Интегратор (инвертирующий)

Дифференцирующий усилитель

Uвых = -RC dUвых/dt

Рис.4.26. Дифференциатор (инвертирующий

Логарифмический усилитель

I_v=I_обр(e^Ua/mUt-1)

1<m<2 при I_v >> I_обр

I_v= I_обр e^Ua/mUt

I_v ⁼ I_обр mU_tln (I_v /I_обр)

Uвых = -Uа

Uвых = -mU_tln (Uвых /I_обр R₁)

Uвых = -k₁ln (Uвых /k₂)=

= -k₁lnUвх – k₁lnk₂ =

= -k₃ – k₁lnUвх

Рис.4.26. Логарифматор (инвертирующий)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: