На головну

Операційні підсилювачі.

  1.  Вбудовані операційні системи. (ОС)
  2.  Інтуїтивна хірургія, роботи, телеопераціонние системи
  3.  Мазер. КВАНТОВІ Парамагнітна ПІДСИЛЮВАЧІ. ЯДЕРНУ МАГНІТНИЙ РЕЗОНАНС. НАЙВАЖЛИВІШІ ЗАСТОСУВАННЯ ЛАЗЕРОВ ТА ІНШИХ ПРИЛАДІВ КВАНТОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ
  4.  операційні бюджети
  5.  Операційні грошові потоки інвестиційного проекту, тис. Руб.
  6.  ОПЕРАЦІЙНІ ОБОЛОНКИ
  7.  Операційні витрати

Операційний підсилювач (ОУ) - це уніфікований багатокаскадний підсилювач постійного струму, як правило, виконаний у вигляді інтегральної схеми. Він успішно застосовується, як при вирішенні багатьох технічних завдань (посилення і перетворення сигналів, стабілізація напруги і струму і т.п.), так і при виконанні математичних операцій з сигналами (підсумовування, віднімання, диференціювання, інтегрування, логарифмирование і т.п. ). Звідси і назва підсилювача - операційний, тобто вирішальний. Вимога до електричних характеристик ОУ пов'язані в основному з необхідністю забезпечити: високий коефіцієнт по напрузі, велику вихідну і мале вихідний опір, лінійність передавальної характеристики, високу верхню частоту пропускання.

Вимога у інструктивно виконання ОУ в основному такі: наявність двох автономних входів 1 і 2; виконання одного з входів (1) інвертуючим (в протифазі), а іншого (2) неінвертірующего (збіг по фазі) по відношенню до вихідного сигналу. Зазвичай ОУ постачають великим числом затискачів (до 15), необхідних для підключення додаткових елементів контролю балансування, корекції частотної характеристики і інших функцій.

Типова функціональна схема ОУ наведена на рис. 5.19.

Мал. 5.19. Схематичне зображення операційного підсилювача:

1 - інвертірующійвход, 2 - неінвертуючий вхід, 3, 4 - харчування постійною напругою, 5 - вихід

У загальному вигляді ОУ можна уявити що складається з чотирьох каскадів: вхідного диференціального підсилювача, що має симетричний вхід і забезпечує високу стабільність, малий шум і т.п. ; проміжного підсилювача напруги з більшим коефіцієнтом підсилення; каскаду зсуву рівня нуля і вихідного емітерного повторювача виконаного за схемою двотактної і забезпечує мале вихідний опір ОУ.

Можна визначити наступні радіотехнічні вимоги до ідеального ОУ:

1. Коефіцієнт посилення по напрузі нескінченно великий: K® ?.

2. Вхідний опір велике: Rвх® ?.

3. Вихідний опір мало: Rвих®0.

Властивості схем ідеального ОУ визначаються тільки зовнішніми по відношенню до ОУ елементами. Розглянемо кілька найпростіших таких схем.

инвертирующий підсилювач.

Найпростішою є інвертується підсилювач, схема якого наведена на ріс.5.20 (А). Інвертується вхід ОП з'єднаний з виходом ОУ резистором R2, сигнал u1 подається на інвертується вхід через резистор R1, А неінвертуючий вхід з'єднаний з землею.

А) Инвертирующий підсилювач Б) Неінвертуючий підсилювач

Мал. 5.20 Підсилювачі на основі ОУ.

Якщо прийняти коефіцієнт посилення ОУ по напрузі К= ?, а вихідна напруга обмежена, то U1= 0, а струми визначаються з виразів:

 (5.20).

За першим законом Кірхгофа вхідний струм ОУ Io=U1/Rвх= I1+I2.

Так як U1®0, a Rвх® ?, Io також дорівнює нулю і I1= - I2. Висловлюючи струми за допомогою (5.20), отримуємо коефіцієнт посилення схеми:

 (5.21).

Знак «мінус» означає, що вхідний і вихідний сигнали знаходяться в протифазі. Відзначимо, щоб реальний ОУ працював як ідеальний, необхідне виконання співвідношень:

 (5.22),

де RH - Опір ланцюга навантаження. Похибка коефіцієнта посилення схеми в результаті невиконання цих умов визначається за такими формулами:

 (5.23).

Вхідний опір схеми для джерела сигналів визначається опором R1, Т. Е. Rвх=R1.

неінвертуючий підсилювач.

Тут (рис. 5.20 (Б)) вхідний сигнал подається на вхід (+), а по інвертується входу здійснюється зворотний зв'язок. Коефіцієнт передачі ланки зворотнього зв'язку

. (5.24).

Знак «мінус» поставлений тому, що зворотний зв'язок подається на інвертується вхід. Коефіцієнт передачі всього ланцюга (коефіцієнт підсилення) дорівнює:

. (5.25).

Вхідний опір схеми через наявність негативного зворотного зв'язку зростає: , A вихідний опір зменшується .

Повторювач напруги.

У деяких випадках не настільки важливим є посилення по напрузі, як здатність підсилювача погоджувати високий внутрішній опір джерела сигналів c низьким і, можливо, що змінюються, опором навантаження. Для цих цілей використовують повторювач (рис. 5.21) напруги c повної зворотним зв'язком по інвертується входу: R1= ?, R2= 0.

Мал. 5.21. Схема повторювача напруги

В цьому випадку ; .

Як видно, коефіцієнт передачі такого ланцюга дорівнює одиниці, вхідний опір сильно зростає, а вихідна зменшується. Таким чином, можна ставити низкоомную навантаження Rн=Rвих при високоомному опорі генератора Rг=Rвх.

Суматор.

Подамо на вхід инвертирующего підсилювача (рис. 5.20 (А)) сигнали як показано на рис. Мал. 5.22.

Мал. 5.22. Схема суматора.

Струм через опір зворотного зв'язку Rсв визначається сумою струму від кожного вхідного сигналу:

 (5.26).

Напруга на виході дорівнюватиме сумі вхідних напруг з ваговими функціями:

 (5.27).

При однакових опору R1= R2= R3 отримуємо простий суматор, при опорах кратних двом або десяти, можна зробити складання з множниками, відповідними розрядами двійковій або десяткового системи.

Інтегратор.

Дана схема (рис. 5.23) виходить зі схеми инвертирующего підсилювача (рис. 5.20 (А)) заміною опору R2 на ємність C, Що має для синусоїдального сигналу комплексне опір . Виробляючи заміну в (5.21) для коефіцієнта передачі ланцюга, отримаємо:

 (5.28).

Вираз (5.28) є умовою інтегрування сигналу, так як всі складові спектру сигналу на вході діляться на jw. Для сигналу довільної форми отримаємо:

 (5.29).

Мал. 5.23. Схема інтегратора.

На відміну від пасивної інтегруючого ланцюга, твір  тут може бути навіть менше тривалості (або періоду) сигналу Т.

дифференциатор.

Мал. 5.24. Схема дифференциатора.

Дана схема (рис. 5.24) виходить зі схеми інтегратора, заміною місцями ємності і опору. Замінюючи у формулі (5.21) R1 на и R2 на R, Для коефіцієнта передачі ланцюга отримаємо:

 (5.30).

Це є умовою диференціювання сигналу, так як кожна складова спектра на вході множиться на jw. Отже,

 (5.31).

Вираз (5.31) може бути застосовано при виконанні умови RC<<KT, де Т - Тривалість сигналу, що є набагато менш жорсткою умовою, за умов диференціювання пасивної RC ланцюгом RC<<Т.

Логаріфмірующіе схеми.

Мал. 5.25. Логаріфмірующая схема.

У колі зворотного зв'язку ставиться діод або емітерний діод (рис. 5.25). ВАХ p-n переходу визначається рівністю , Яке є досить точним при . Логаріфміруя, отримуємо , звідси

 (5.32).

Підсумовуючи вихідні напруги декількох логарифмічних підсилювачів, можна отримати суму логарифмів від декількох напруг, що дорівнює логарифму твору цих напруг. Зворотну операцію - знаходження твори по логарифму - можна здійснити за допомогою антілогаріфміческой схеми, в якій діод VD і опір R міняються місцями.

Загальним для всіх розглянутих схем є те, що їх властивості визначаються не параметрами ОУ, параметрами зовнішніх елементів (опорів, ємностей і т.д.).

 



 Диференційний підсилювач. |  Шуми в підсилювачах.

 Синхронні електричні машини змінного струму. |  Асинхронні машини (двигуни). |  Випрямлячі та інвертори промислової частоти. |  Класифікація та основні характеристики підсилювачів. |  Принцип дії підсилювача. |  Коефіцієнт посилення підсилювача зі зворотним зв'язком. |  Приклади негативного зворотного зв'язку в підсилювачах. |  Підсилювачі постійного струму. |  Вузькополосні (резонансні) підсилювачі. |  Підсилювачі потужності. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати