Электроника 20 ОУ 1 15.02.2010 12

ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 1. Всего 12.
Раздел 11
Электроника
Лекция 18
ОПЕРАЦИОННЫЕ
УСИЛИТЕЛИ
Часть 1. Общие сведения
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 2. Всего 12.
Операционный усилитель (ОУ) – унифицированный
многокаскадный усилитель постоянного тока.
Сначала идеальный ОУ
У идеального ОУ
1. Коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности (КU0  ).
2. Входное сопротивление стремится к бесконечности (RВХ  ).
3. Выходное сопротивление стремится к нулю (RВЫХ  0).
4. Бесконечная полоса усиливаемых частот (fВ  ).
5. Отсутствует дрейф нуля (если UВХ =0, то и UВЫХ =0).
Следствия
I ВХ 
U ВХ 
Автор Останин Б.П.
U ВХ U ВХ

0
RВХ

U ВЫХ U ВЫХ

0
К

Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 3. Всего 12.
По существу ОУ является идеальным усилительным элементом и составляет
основу всей современной аналоговой электроники.
+ЕП

UВХ 1
UВЫХ
UВХ 2
RН
-ЕП
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 4. Всего 12.
Передаточная характеристика идеального ОУ
+UВЫХ
+UП
Инвертирующий вход
-UВХ
+UВЫХ MAX
0
Неинвертирующий вход
-UВЫХ MAX
+UВХ
-UП
-UВЫХ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 5. Всего 12.
АЧХ ОУ
К(f)
КU0
0
f
U ВЫХ  KU 0 (U ВХ 1  U ВХ 2 )
KU0 – собственный коэффициент усиления ОУ по напряжению.
ОУ
воспринимает
только
разность
входных
напряжений
(дифференциальный входной сигнал). ОУ нечувствителен к любой
составляющей входного напряжения, воздействующей одновременно на оба
его входа (синфазный входной сигнал).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 6. Всего 12.
Источник питания ОУ двухполярный (+ЕП, - ЕП). Средний вывод этого
источника, как правило, является общей шиной для входных и выходных
сигналов и в большинстве случаев не подключается к ОУ. Напряжение питания
реальных ОУ составляет 3 В…18 В. Использование источника питания со
средней точкой предполагает возможность изменения не только уровня, но и
полярности входного и выходного напряжений ОУ.
ОУ имеют большее число выводов, чем показано на рисунке. Эти
дополнительные выводы используются для подключения внешних цепей
коррекции, формирующих требуемый вид ЛАЧХ усилителя, созданного на
основе ОУ.
Некоторые реальные параметры ОУ
KU0
- 104…108
fВ
- 107 Гц
RВХ
- 10-1…107
RВЫХ
- 10…104
Приведённый дрейф UВЫХ
Скорость нарастания UВЫХ
Автор Останин Б.П.
- 10-6…10-3 В
- 1…103 В/мкс
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 7. Всего 12.
Структурная схема ОУ
UВХ
Входной
каскад
Согласующий
каскад
Выходной
каскад
UВЫХ
Входной каскад дифференциальный. Он позволяет:
1. Максимально уменьшить дрейф нуля ОУ,
2. Получить достаточно высокое усиление,
3. Обеспечить максимально высокое входное сопротивление.
4. Максимально подавить синфазные составляющие, обусловленные
дестабилизирующими факторами (изменение температуры
окружающей среды, изменение напряжения питания и др.).
Согласующий
каскад
служит
для
согласования
входного
дифференциального каскада с выходным каскадом. Он:
1. Обеспечивает необходимое усиление сигнала по току и напряжению.
2. Обеспечивает согласование фаз сигналов.
Выходной каскад выполняется, как правило, по двухтактной схеме и
обеспечивает требуемое усиление сигнала по мощности.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 8. Всего 12.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 9. Всего 12.
Основные параметры ОУ
1. Коэффициент усиления по напряжению
КU 0 
U ВЫХ
U ВХ
2. Входное напряжение смещения UСМ – это напряжение, обусловленное в
основном неидентичностью напряжений эмиттерных переходов транзисторов
входного дифференциального каскада. Это приводит к нарушению условия, при
котором UВЫХ = 0 при UВХ = 0. Численно входное напряжение смещения
определяется как напряжение, которое надо приложить к входу усилителя для
того, чтобы его выходное напряжение стало равно нулю.
3. Входной ток IВХ (входной ток смещения) – ток, протекающий во входных
выводах ОУ необходимый для обеспечения требуемого режима работы его
транзисторов по постоянному току.
4. Разность входных токов IВХ (ток сдвига). Возникает, в основном, из-за
неодинаковости коэффициентов передачи тока h21Э транзисторов входного
каскада ОУ. Численно он равен модулю разности входных токов ОУ
I ВХ  I ВХ 1  I ВХ 2
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 10. Всего 12.
5. Входное сопротивление
5.1. Дифференциальное входное сопротивление RВХ ДИФ. Для повышения
RВХ ДИФ во входном дифференциальном каскаде применяют супербета
транзисторы (h21Э составляет единицы тысяч) или полевые транзисторы.
5.2. Синфазное входное сопротивление RВХ СИН.
6. Выходное сопротивление RВЫХ – сопротивление ОУ, рассматриваемого
как эквивалентный генератор.
7. Коэффициент подавления синфазного сигнала КП СФ определяет степень
ослабления синфазной составляющей входного сигнала.
8. Максимальная скорость изменения выходного напряжения
характеризует частотные свойства ОУ при его работе в импульсных схемах.
9. Частота единичного усиления fMAX – частота, на которой модуль
коэффициента усиления равен единице.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 11. Всего 12.
Кроме перечисленных обычно задаются и предельно допустимые значения
основных эксплуатационных параметров:
1.
Максимально допустимое напряжение питания.
2.
Максимально допустимый выходной ток.
3.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
4. Максимально допустимое входное дифференциальное напряжение
5.
Максимально допустимое входное синфазное напряжение.
6.
Диапазон рабочих температур.
Другие.
Большинство перечисленных параметров сильно зависят от условий
эксплуатации. Эти зависимости обычно задаются графически.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
ОУ Часть 1. Общие сведения. Слайд 12. Всего 12.
Контрольные вопросы по ОУ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Автор Останин Б.П.
Идеальный ОУ. Основные параметры.
Основные характеристики реальных ОУ.
Структурные схемы ОУ.
Пример прохождения сигнала от инвертирующего входа ОУ до
выхода.
Основные параметры реальных ОУ.
Пример прохождения сигнала от неинвертирующего входа ОУ до
выхода.
Конец слайда