Операционные усилители

Лекция 10

ОУ обычно состоят из входного каскада, каскада сдвига потенциального уровня, выходного каскада.

- Входной каскад – обычно ДУ (ДК). Если коэффициент усиления ДУ недостаточен, используют дополнительные ДК с однофазным выходом.

- К выходу усилительного каскада подключается схема сдвига уровня, обеспечивающая на выходе потенциал, равный входному в отсутствие усиливаемого сигнала.

- Выходной каскад – это обычно усилитель мощности и одновременно в схеме осуществляется согласование усилителя с нагрузкой.

Для питания используют обычно 2 источника питания: +15 и –15 В. Для ОУ допускается подключение внешних цепей обратной связи.

Условные обозначения ОУ в схемах

Пример: 741

741741

Установка нуля  ˆ Пустой

Инвертирующий вход ‚ ‡ +U (обычно +15 В) 3 +

Неинвертирующий вход ƒ † Выход Þ 2 - 6

-U (обычно –15 В) „ … Установка нуля 1 5

Передаточная характеристика идеального ОУ.

Выходное напряжение U₀

+U

рабочая область U₀=A_U0DU ~1-2 B

DU=½U₁-U₂½,входное напряжение (диф.)

1-2 В

-U

Ширина рабочего линейного участка обычно невелика, поэтому для получения неискаженного выходного сигнала используют цепи обратной связи.

Идеальный ОУ имеет следующие характеристики:

1. Входной импеданс (для дифференциального и синфазного сигнала) равен бесконечности, а входные токи равны нулю.

2. Выходной импеданс равен нулю (при разомкнутой ОС).

3. Коэффициент усиления по напряжению равен бесконечности.

4. Коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю.

5. Выходное напряжение равно нулю, когда напряжение на обоих входах одинаково (напряжение сдвига равно нулю).

6. Выходное напряжение может изменяться мгновенно, бесконечная скорость нарастания.

7. Характеристики не зависят от температуры и изменений напряжения источника питания.

8. Полоса пропускания w_a Þ ¥.

В ОУ реализуется отрицательная обратная связь.

Включение ОУ с обратной связью

Z_ос

U₂ Z_S

A_U0 U₀

U₁

DU = U₂ - U₁; U₀ = A_U0 × DU. A_U0 – коэффициент усиления ОУ без обратной связи.

Величина A_U0 может быть много больше A_Uос, поэтому можно расширить динамический диапазон входного напряжения для линейного режима в схемах с ОС.

Коэффициенты усиления в схемах ОУ без ОС A_U0 сильно отличаются даже в одной партии схем (3:1 и даже 10:1), а также сильно зависят от частоты, нестабильности питания и т.д.

Цепи ОС позволяют сделать все эти параметры более стабильными, коэффициент усиления зависит только от точности подбора номиналов резисторов.