рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Операционные усилители

Операционные усилители - раздел Изобретательство, Электротехника, отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений в практической деятельности человека 1. Назначение И Основные Свойства Операционных Усилителей До Появлен...

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

До появления линейной интегральной схемотехники к классу операционных усилителей (ОУ) относили многокаскадные усилители постоянного тока с обратными связями, которые использовались в аналоговой вычислительной технике для выполнения операций алгебраического сложения, вычитания, умножения, деления, дифференцирования, интегрирования, логарифмирования и др.

Появление серийных партий ОУ в виде интегральных микросхем позволило значительно усовершенствовать их технические и эксплуатационные показатели. При этом наряду с известными были разработаны и использованы новые схемотехнические решения, составившие основу интегральных ОУ. В. настоящее время под ОУ понимают высококачественный усилитель напряжения, предназначенный для выполнения самых разнообразных функций, в том числе и перечисленных выше.

Интегральные ОУ обычно строятся по схеме усиления с непосредственной связью между отдельными каскадами с дифференциальным входом и биполярным по отношению к амплитуде усиливаемого сигнала выходом. Это обеспечивает нулевые потенциалы на входе и выходе ОУ при отсутствии управляющих сигналов на его входе. Поэтому такие усилители легко соединять последовательно при непосредственной связи между отдельными каскадами, а также достаточно просто охватывать любыми цепями обратных связей. Кроме интегральных, промышленностью выпускаются также ОУ в гибридно-модульном исполнении, малосигнальная часть которых выполняется на бескорпусных элементах, расположенных на гибридной подложке, а мощный выходной каскад использует транзисторы в обычном дискретном исполнении. Такие ОУ характеризуются значительно большим уровнем выходного напряжения усиливаемого сигнала. Если к тому же на входе ОУ применить полевые транзисторы, то можно достичь значения входного сопротивления 109 - 1011 Ом.


Рис.1

Большинство интегральных ОУ промышленного типа имеют один выход (рис..1). При этом выходное напряжение Uвых находится в фазе с напряжением Uвх1 и противофазно напряжению Uвх2. В случае необходимости второй выход можно получить за счет подсоединения нескольких дополнительных элементов.

Напряжение, непосредственно приложенное между входами, равно разности напряжений Uвх1 и Uвх2. - Причем это напряжение равно нулю, если последние имеют даже значительные, но равные значения. Поэтому Uвх1 и Uвх2 по отношению к общей точке называются напряжениями общего вида, а их разность - дифференциальным напряжением.

Выпускаемые ОУ характеризуются большим входным, низким выходным сопротивлениями и очень высоким коэффициентом усиления. Представляя ОУ идеальной моделью, считают, что KU ® ¥, RВХ ® ¥, RВЫХ ® 0. Кроме того, к основным признакам идеального ОУ следует отнести:

  • бесконечно широкую полосу частот, начиная с частоты f = 0;
  • постоянство амплитуды усиливаемого сигнала во всем диапазоне частот;
  • отсутствие статических, шумовых и дрейфовых ошибок во времени и в диапазоне температур.

Входные характеристики ОУ практически полностью определяются входными характеристиками дифференциального усилителя, а выходные - аналогичными показателями усилителя мощности (Рис.2). Транзисторы ОУ в интегральном исполнении имеют биполярную структуру.

 
 

 


Принципиальная схема ОУ типа К140УД1 показана на рис.3. Первый усилительный каскад с прямыми входами на транзисторах Т1 и Т2 с источником стабильного тока Iо на транзисторе ТЗ и цепочкой температурной компенсации на транзисторе Т5 полностью аналогичен схеме дифференциального усилителя. Поскольку первый каскад ОУ работает в режиме микроамперных токов (Iо = 150...250 мкА), то его коэффициент усиления по напряжению KU1 = (I0/jт) Rк мал - в пределах 10 - 20.

Напряжение смещения, выделяемое на транзисторе в диодном включении Т5 и резисторе R5, прикладывается к базе транзистора ТЗ, обеспечивая стабилизацию его коллекторного тока Iо в широком диапазоне температур.

Это же напряжение управляет источником стабильного тока схемы сдвига постоянного уровня сигнала, который поступает на транзистор Т8 выходного каскада.

Второй каскад на транзисторах Т4 и Т6 также выполнен по схеме дифференциального усилителя с симметричным входом и не симметричным выходом

Однако ток второго каскада не фиксируется источником стабильного тока в эмиттерной цепи транзисторов, так как от этого каскада не требуется ослабления синфазного сигнала общего вида, который практически отсутствует на выходе первого дифференциального усилителя.

 
 

 

 


. Поэтому второй каскад ОУ работает с миллиамперными уровнями токов, обеспечивая усиление напряжения порядка 100 и более. Кроме того, использо вание дифференциальной схемы во второй ступени усиления существенно упрощает согласование обоих каскадов ОУ по постоянному току без заметной потери усиления.

Выходной каскад ОУ (транзисторы Т7—Т9) должен иметь большое входное и малое выходное сопротивление, обеспечивающее получение на заданной нагрузке необходимого выходного напряжения. Выходной каскад является однотактным усилителем, работающим в режиме класса А, в котором для до-лучения усиления, большего единицы, используется схема сдвига уровня сигнала на транзисторе Т8. Поскольку на этот транзистор с выхода ОУ (эмиттерный повторитель на транзисторе Т9) подается положительная обратная связь по току (R8, R9), напряжение которой для базы транзистора Т9 является параллельным, то входное сопротивление всего каскада увеличивается, выходное — уменьша ется, а коэффициент усиления эмиттерного повторителя может достигать величины, равной пяти. Таким образом, общий коэффициент усиления ОУ типаК140УД1 может достигать нескольких тысяч.

 

2.ТИПОВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

.

Традиционными областями применения ОУ являются решающая аналоговая техника, аппаратура обработки сигналов, радиоизмери­тельные устройства и др., в которых часто требуется выполнение операторных уравнений при замыкании выхода ОУ на инвертирующий вход с помощью пассивных цепей отрицательной обратной связи.

Рис.4. Эквивалентная схема суммирующего (а) и масштабного (б) усилителя.

Сумматор со многими входами. На вход сумматора (рис. 4 а) входные сигналы. Uи1 ,Uи2, Uи3 и т. д. поступают от нескольких источников с выходными сопротивлениями R1 R2. R3 кроме того, ко входу усилителя (точка р) через Rо.с подводится часть выходного напряжения Uвых Для такой схемы включения ОУ при R1= R2=R3=R напряжение на выходе будет равно:

Масштабный усилитель. Назначение этого усилителя — изменение масштаба электрической величины посредством умножения входного сигнала на некоторый постоянный коэффициент.

Если положить в схеме на рис 4а R2=R3 =¥ (усилитель с одним входом), то получим схему, показанную на рис.4б, для которой:

что соответствует назначению усилителя. Уровень выходного напряжения (масштаб) устанавливается соотношением сопротивлений Rос и Rи – весового коэффициента коэффициента.

Компаратор напряжения. Компараторное включение ОУ используется для сравнения напряжения источника сигнала Uи. с опорным сигналом Uоп .ОУ обычно используется без внешних цепей отрицательной обратной связи с подачей сравнивающих сигналов на один или оба входа усилителя.

Для сравнения разнополярных входных напряжений используется одновходовой компаратор (рис. 5, а), в котором исследуемый • и опорный сигналы поступают на инвертирующий вход ОУ. В промежутке времени 0—t (рис. 5, б) выполняется неравенство.IUи| < |Uоп| , поэтому Uвx. > 0 и напряжение на выходе компаратора Ивых = Uвых. мякс » -Uип (напряжения на инвертирующем входе ОУ и. его выходе—разнополярны). В момент времени t1 входной сигнал достигает порогового значения

(1)

а затем(при t>t1) превышает его, чему соответствует наличие отрицательного потенциала на инвертирующем входе ОУ (Uвх<0), сопровождающееся переключением компаратора в другое состояние, При котором Uвыx. макс =+ U и.п.

Моменту времени, при котором выполняется равенство (1), соответствует неустойчивый линейный режим усилителя компаратора. При этом наклон переходной характеристики определяется собственным коэффициентом усиления усилителя КU- Поэтому отсутствие в ОУ отрицательной обратной связи способствует увеличению скорости переключения компаратора.

 

Рис. 5

В двухвходовом компараторе (рис.6 в) сравнивающие сигналы поступают на оба входа ОУ. Поэтому состояние выхода компаратора (полярность выходного напряжения) опреде-ляется большим по уровню напряжением одного из входов, что отражено переходной характеристикой компаратора. При равенстве входных напряжений (момент времени ti) выходное напряжение компаратора в соответствии с принципом работы интегрального ОУ, равно нулю. Уровень входного напряжения компаратора ограничивается допустимым синфазным входным напряжением ОУ.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Электротехника, отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений в практической деятельности человека

Электротехника отрасль науки и техники связанная с применением электрических и магнитных явлений в практической деятельности человека Она.. Технической базой творчества звукорежисера является звукотехническая.. В основе работы ЗТА лежат процессы которые протекают в электрических цепях постоянного и переменного тока по законам..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Операционные усилители

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Электрические цепи
Электрическая цепь (ЭЦ) – совокупность устройств, которые обеспечивают практическое использование электрической энергии. Энергетические процессы в электротехнических устройствах достаточно сложны и

Топология электрических цепей
  При анализе сложных электрических цепей возникает необходимость в обозначении ее отдельных участков и способа их соединения. Основными топологическими понятиями теории электрических

Линейные электрические цепи
  В основе анализа электрических цепей постоянного тока лежит несколько общих принципов, которые отражают основные свойства линейных электрических цепей и используются в методах их ра

Основные физические величины, которые используются для анализа и расчета линейных электрических цепей
ЭДС – характеризует потенциальную способность электрического поля (стороннего или индуцированного) вызывать электрический ток.

Основные законы линейных электрических цепей постоянного тока
Закон Ома. Для участка цепи:

Расчёт и анализ электрических цепей
Общая задача анализа электрической цепи состоит в том, что в известной схеме цепи с заданными параметрами (ЭДС и сопротивлениями) необходимо рассчитать токи, мощности и напряжения на отдельных учас

Расчет линейной электрической цепи постоянного тока с одним источником электрической энергии
  С помощью законов Киргофа можно рассчитать любую ЭЦ, в том числе и цепь с одним источником. Однако в этом случае нет необходимости составлять систему уравнений по законам Киргофа и

Метод узловых потенциалов

Электрические цепи переменного тока
1.Основные понятия, которые относятся к цепям переменного тока Переменным током называют такие электромагнитные процессы в электрической цепи, при которых мгновенные значения

Цепь с активным сопротивлением
Если переменное напряжение подвести к активному сопротивлению R, то через сопротивление будет протекать ток

Цепь с индуктивным сопротивлением
Пусть к катушке с индуктивностью L (L – коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и током в катушке, для линейной цепи:

Цепь с емкостным сопротивлением
Если к источнику с переменным напряжением подключить конденсатор емкостью С, то образуется электрическая цепь с емкостным сопротивлением.

Действующее значение тока можно выразить по закону Ома
    Мощность, выраженная произведением действующего значения тока на действующее значение напряжения н

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ R,L,C В ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА. По второму закону Кирхгофа: U = UR + UL

Расчёт последовательной цепей переменного тока
         

Особенности электромагнитных процессов в магнитных цепях переменного тока
    Если к катушке охватывающей магнитопровод подключить источник переменного напряжения то в нем возникнет пере

Двигатели последовательного возбуждения
      т.к. по обмотке во

Типы полупроводников в периодической системе элементов
  В таблице представлена информация о большом количестве полупроводниковых элементов и их соединений, разделённых на несколько типов: одноэлементные полупроводники IV г

Собственная проводимость
  Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимос

По виду проводимости
Электронные полупроводники (n-типа)     Полупроводник n-типа Термин «

Полупроводниковые приборы
    Они используются для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Типы ППП:   С p-n переходом (диоды, транзисторы

Микропроцессорная техника
Логические основы микропроцессорной техники.   1. Основы алгебры логики. Логика – это наука о формах и законах мышления. Алгебра логики – разд

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги