2 Операционные усилители. Слайд операционный усилитель
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Операционные усилители. СЛАЙД Операционный усилитель Операционный усилитель (сокращенно ОУ) – это универсальная широко распространённая, аналоговая интегральная схема. Применяется как самостоятельная ИС так и в составе ИС с большой степенью интеграции. На Операционных Усилителях могут быть построены разнообразные усилители, фильтры, корректоры Амплитудно Частотных Характеристик и Фаза Частотных Характеристик, преобразователи сигналов, генераторы сигналов различной формы. В сочетании с простейшими дополнительными элементами они способны выполнять математические операции над аналоговыми сигналами – их сложение и вычитание, интегрирование и дифференцирование, логарифмирование и так далее. С этим и связано название «операционный усилитель». Uвых = Ku Uвх = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ), , где Ku – коэффициент усиления по напряжению. Операционный Усилитель содержит 2 – 3, реже 4 дифференциальных усилительных каскада, включённых один за другим. Этим достигается практически неограниченная величина коэффициента усиления Ku, достигающая 106 раз. Наличие дифференциального входа позволяет применять разные режимы включения и на слайде мы видим сверху дифференциальное, слева внизу инвертирующее и справа внизу неинвертирующее включения. Т.е. такие же включения как и у дифференциального усилительного каскада.  На условно-графических изображениях инвертирующий вход может быть помечен знаком «-» или обозначен кружком  СЛАЙД ОУ с Обратной связью Т.к. На Операционные Усилители построены на основе Дифференциальных Усилителей, то Операционные Усилители приобретают все свойства Дифференциальных Усилителей, а именно: высокая устойчивость к изменениям температуры и питающих напряжений, возможность различных включений, нечувствительность к синфазным (т.е. одинаковым ) входным сигналам и помехам. Параметры узлов на Операционных Усилителях легко изменяются при использовании обратной связи. Обобщённая схема усилителя с обратной связью представлена на слайде.  На схеме имеется усилитель с коэффициентом усиления по напряжению Ku, часть выходного сигнала которого возвращается на вход через цепь обратной связи с коэффициентом передачи β. Если обратная связь положительная (сокращенно ПОС), напряжение обратной связи Uoc во входном сумматоре складывается с входным напряжением Uвх. Если же обратная связь отрицательная (ООС), эти напряжения вычитаются. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью Kuoc определяется формулой Блэка: Kuoc = Ku /(1 ± β Ku) Здесь знак «+» соответствует Отрицательной Обратной Связи , знак «-» соответствует Положительной Обратной Связи. СЛАЙД Инвертирующая и неинвертирующая схемы включения на Операционном Усилителе с Отрицательной Обратной Связью. На слайде представлены слева инвертирующая и справа неинвертирующая схемы на Операционном Усилители с Отрицательной Обатной Связью.   В обеих схемах сопротивления R1 и R2 образуют делитель напряжения, через который сигнал с выхода передаётся на вход, т.е. осуществляется обратная связь. Очевидно, что в такой цепи коэффициент β = R1/(R1 + R2). Согласно формуле Блэка Kuoc = Ku /(1 ± β Ku) (14 ), в неинвертирующем включении: Kuoоc = Ku /(1 + β Ku) (15) Так как у ОУ Ku » 1 (до 106), легко выполняется условие β Ku » 1 и поэтому единицей в скобках можно пренебречь. Тогда: Kuoоc ≈ Ku /(β Ku) = 1 / β = 1 + R2/R1 (16) Следовательно, при достаточно большом усилении ОУ выполняются условия, при которых коэффициент усиления с ООС зависит только от отношения сопротивлений двух резисторов. При изготовлении резисторов по интегральной технологии, отношение их сопротивлений и Kuoоc будет точным и стабильным. Таким же будет и коэффициент усиления усилителя с ООС. В инвертирующем включении Kuoоc ≈ R2/R1, т.е. показатели точности и стабильности также будут очень высокими. Применение ОтрицательнойОбратнойСвязи в электронных усилителях не только уточняет и стабилизирует усиление, но и уменьшает искажения сигнала, шумы, напряжение смещения Uсм. Всё это достигается ценой уменьшения коэффициента усиления. Последнее можно компенсировать увеличением числа усилительных каскадов. СЛАЙД_Параметры_операционных_усилителей'>СЛАЙД Параметры операционных усилителей Операционные усилители характеризуются следующими параметрами: Входными и выходными параметрами, Усилительные параметры ( т.е. коэффициент передачи) , Энергозависимые или энергонезависимые, частотными . СЛАЙД амплитудные (передаточные) характеристики Наиболее важными характеристиками операционных усилителей является его амплитудные (передаточные) характеристики, представляющие собой зависимость U вых = f(UВХ) при нулевой частоте. Их представляют в виде двух кривых, относящихся к инвертирующему и неинвертирующему входам.    СЛАЙД Амплитудно Частотная Характеристика (АЧХ) ОУ с ООС Одно из полезных проявлений действия Отрицательной Обратной Связи заключается в возможности расширения полосы частот усилителя, в которой обеспечивается равномерное усиление. На слайде изображена Амплитудно Частотная Характеристика операционного усилителя с Отрицательной Обратной Связью при различной глубине обратной связи. Полоса пропускания, ограниченная предельной частотой fпр, расширяется во столько же раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления.  Рис. 48 СЛАЙД Математических операций над аналоговыми величинами Возможность выполнения математических операций над аналоговыми величинами (напряжениями) видна уже из выражения Uвых = Ku Uвх = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ), (12)), согласно которому при дифференциальном включении осуществляется вычитание Uвх1 из Uвх2. Возможно суммирование и вычитание любого числа напряжений, умножение напряжения на коэффициент Kuoc. СЛАЙД Сумматор на ОУ с ООС Для суммирования нескольких напряжений можно использовать инвертирующее включение операционного усилителя. В качестве примера на слайде приведена схема ивертирующего трехвходового сумматора для суммирования трех напряжений.    СЛАЙД Интегратор на ОУ с ООС На слайде приведена схема на Операционном Усилителе, выполняющая функцию интегрирования. Цепочка R С позволяет выполнить математическую операцию интегрирования. Если на этой схеме поменять местами сопротивление R и конденсатор С, она превращается в дифференциатор.  |