Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Операційні підсилювачі

Назва «операційний підсилювач» (ОП) пов’язана з тим, що перші модифікації таких підсилювачів були розроблені і застосовувались виключно для виконання математичних операцій в аналогових обчислювальних машинах. Спочатку це були дуже громіздкі і складні пристрої, побудовані на дискретних елементах (лампах, транзисторах). ОП знайшли широке застосування тільки в середині шістдесятих років, коли був налагоджений серійних випуск ОП в інтегральному виконанні.

Ідеальний ОП – це підсилювач з диференціальними входами, який повинен мати наступні властивостями: нескінченний коефіцієнт підсилення за напругою в нескінченно широкій смузі частот, зокрема амплітуда вихідного сигналу повинна залишатися сталою на будь-якій частоті; нескінченно великий вхідний і нульовий вихідний опори; рівність нулю вихідної напруги, при рівних напругах на входах. Крім того, підсилювач не повинен мати шумових і дрейфових похибок, що проявляються в заданому діапазоні температур протягом певного часу.

На практиці ні одна з цих властивостей не може бути досягнена повністю, однак до них можна наблизитися з достатньою для практичного застосування точністю. Тому, можна говорити тільки в доступній степені наближення параметрів ОП до ідеальних параметрів. З перерахованих властивостей можна вивести два дуже суттєві правила аналізу схем ввімкнення ОП:

· входи ідеального ОП не споживають енергії від кола джерела сигналу;

· напруга керування між входами ідеального ОП для будь-якій схемі ввімкнення дорівнює нулю.

В наш час ОП виконують, як правило, у вигляді монолітної інтегральної схеми і за своїми габаритами і вартістю практично не відрізняються від окремо взятого транзистора. За своїми параметрам ОП практично близький до ідеального підсилювача і у багатьох галузях електроніки ОП витісняють транзистори, як активні радіоелектронні елементи. Структурна схема ОП наведена на рис. і переважно складається з таких каскадів:

· ДП – диференціальний каскад підсилення з емітерним зв’язком, який переважно працює при малих струмах і має малий коефіцієнт підсилення за напругою . Значення колекторного струму складає десятки мкА, що дозволяє забезпечити високий вхідний опір, покращити дрейфові і шумові параметри ОП;

· ПН – каскад підсилення напруги, переважно виконаний також за диференціальною схемою і працює при більших струмах колектора (сотні мкА – одиниці мА), що забезпечує більше значення коефіцієнта підсилення за напругою ;

· ПА – каскад підсилення амплітуди сигналу, який одночасно забезпечує зсув потенціалів між каскадами;

· ЕП – емітерний повторювач, який здійснює погодження ОП з низькоомним навантаженням.

Рис.1.51. Структурна схема ОП

Операційні підсилювачі мають наступні основні параметри:

1. Коефіцієнт підсилення за напругою (К _u0) для постійного струму без зворотного зв’язку. Це диференціальний коефіцієнт підсилення, значення якого переважно складає: ().

2. Вхідна напруга зміщення нуля (U_зм.) – це найбільша небажана напруга, яка виникає в середині підсилювача і є причиною появи на виході ОП деякої напруги при нульовій напрузі на обох входах. Це напруга, яку потрібно прикласти до входів, щоб на виході встановити нульову напругу. Переважно значення вхідної напруги зміщення складає .

3. Вхідний струм зміщення І_вх. Струм на вході підсилювача, який необхідний для роботи транзисторів вхідного каскаду ОП. Для вхідних каскадів, які виконані на біполярних транзисторах переважно

4. Різниця вхідних струмів D І_вх. Різниця вхідних струмів зміщення вхідних транзисторів ОП. Виникає внаслідок нерівності коефіцієнтів підсилення за струмом (b) вхідних транзисторів , значення різниці вхідних транзисторів знаходиться в діапазоні (одиниці ÷ сотні) нА

5. Вхідний диференціальний опір (R_вх.д) – це опір підсилювача між двома входами ОП, який переважно складає (сотні кОм ÷ одиниці МОм). Вхідний синфазний опір – це опір між об’єднаними входами і „землею”. Вхідний синфазний опір переважно складає

6. Вихідний опір (R_вих) – це внутрішній опір підсилювача, про який можна судити за зміною напруги на його виході при зміні навантаження. Зазвичай R_вих складає декілька сотень ом.

7. Коефіцієнт послаблення синфазних вхідних сигналів (К_п.син). Характеризує здатність послаблювати сигнали, що прикладені до обох входів одночасно. Знаходиться в межах К_п.син= .

8. Коефіцієнт впливу нестабільності джерела живлення на вхідну напругу зміщення (К_внж) показує зміну вхідної напруги зміщення при зміні напруги джерела живлення (+ Е_ж і – Е_ж) на 1В.

9. Середній температурний дрейф: вхідного струму D І_вх /D Т; різниці вхідних струмів D(D І_вх) /D Т, напругу зміщення D U_зм /D Т. Ці величини дорівнюють відношенням максимальних змін відповідних параметрів ОП до викликаних їх зміною температури зовнішнього середовища.

10. Максимальна швидкість наростання вихідної напруги (V_max). Максимальна швидкість зміни вихідної напруги при стрибкоподібній зміні вхідної напруги. Знаходиться в межах

11. Вхідна ємність С_вх. Ємність між вхідними виводами і землею.

12. Струм споживання І_сп – це струм спокою, що споживається ОП в режимі спокою (без навантаження).

13. Споживана потужність Р_сп – це потужність (без навантаження), що розсіюється на ОП.

14. Максимально допустимі параметри. Сюди відносяться такі параметри, як максимальна потужність, що розсіюється на ОП; максимальна напруга живлення; робочий діапазон температур зовнішнього середовища; максимальна різниця вхідних напруг; максимальна напруга синфазних вхідних сигналів. Перевищення цих параметрів викликає пошкодження ОП.

На принципових електричних схемах ОП позначаються згідно рис.

Рис.1.52. Умовне позначення ОП

· W – диференціальні входи: інвертуючий (–) і неінвертуючий (+) (інвертуючий вхід часто позначається кружечком);

· m – вихід ОП;

· FC1, FC2 – входи частотної корекції;

· R1, R2 – входи балансування або входи встановлення нуля на виході ОП;

· + U, – U – різнополярні напруги живлення ОП;

· 0 V – спільна („земляна”) точка схеми ОП.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒