Структура и основные параметры ОУ. Применение ОУ

ОУ были разработаны в 50-х годах прошлого века для выполнения некоторых математических операций (сложение, вычитание, умножение, интегрирование и др.) в аналоговых ЭВМ. При выполнении подобных операций в настоящее время аналоговые элементы полностью вытеснены логическими цифровыми элементами. Но применение их перешло в другие сферы автоматики: датчики, измерительные приборы, усиление слабых сигналов и т.д. ОУ выпускаются промышленностью в виде ИС. Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель б), для изучения которого удобно предварительно рассмотреть параллельный балансный усилитель а).

В балансном усилителе имеется два совершенно одинаковых каскада, на базы которых подается входное напряжение. Транзисторы и резисторы R_к1 и R_к2 составляют мост. Выходное напряжение можно снимать с диагонали моста. Оба эмиттера имеют общий резистор R_Э.

При подаче U_вх напряжения баз становятся равными ± . Такой сигнал называется парафазным (противоположные фазы). Ток одного каскада увеличивается, другого – на столько же уменьшается. Ток через сопротивление R_Э не изменяется, т.е. для парафазного напряжения R_Э не является сопротивлением ОС. При U_вх=0 U_вых = 0. Коэффициент усиления усилителя параллельного баланса такой же, как коэффициент усиления одного каскада.

При подаче на оба входа разных сигналов U_вх1 и U_вх2 усилитель превращается в дифференциальный. При U_вх1=+ , а U_вх2=- (парафазное напряжение), усилитель работает как балансный, ток через резистор R_Э. остается постоянным, резистор не является резистором ОС. В дифференциальном усилителе входные сигналы могут отличаться и тогда выходной сигнал пропорционален разности входных напряжений. Например, при U_вх1= U_вх2 (синфазное напряжение) каждое плечо создает свой ток через R_Э, напряжение на нем равно двум напряжениям от одного плеча, ООС удваивается. Выходное напряжение равно нулю. Это качество широко используется для подавления помех, которые являются синфазными, в то время как полезные сигналы на обоих входах могут отличаться. В любом случае для подавления помех необходим минимальный коэффициент усиления синфазного сигнала, что достигается увеличением R_Э. Получается, что для уменьшения синфазного сигнала необходимо увеличение R_Э, а для усиления парафазного сигнала—уменьшение R_Э. Для достижения таких противоречивых качеств используют или генераторы стабильного тока или токовые зеркала: если ток в R_Э стабильный, это значит, что любое изменение напряжения вызывает очень малое изменение тока. Тогда в динамическом режиме (ΔI→0)

R_Э = →∞.

В статическом режиме сопротивление определяется стабильным током и может быть как угодно малым.

Реализовать высококачественный ОУ на дискретных элементах почти невозможно. А в интегральном исполнении за счет стабильности и высокой идентичности элементов ОУ выпускаются серийно.

ОУ обычно имеют два входа и один выход (иногда два—прямой и инверсный) и включают несколько каскадов усиления, обеспечивающих коэффициент усиления напряжения от единиц до десятков тысяч. Обозначение ОУ в схемах таково.

В состав ОУ обычно входит каскад сдвига уровня напряжения, позволяющий получить на выходе нулевое напряжение при отсутствии напряжения на входе (исключает постоянную составляющую).

Выходной каскад для лучшего согласования с нагрузкой имеет малое выходное сопротивление. Часто в нём предусмотрена защита от перегрузок путем ограничения максимального тока выходных транзисторов. Необходимо показать двухтактный выходной каскад!

Наиболее употребительными параметрами являются:

-коэффициент усиления дифференциального (разностного) сигнала;

-коэффициент усиления и коэффициент ослабления синфазных входных напряжений;

-напряжение смещения—значение напряжения на входе ОУ, при котором напряжение на выходе равно нулю;

-входные токи I_вх1, I_вх2 и разность входных токов Δ I= I_вх1- I_вх2;

-потребляемые токи, входные и выходные сопротивления и проч.

Поиск по сайту: