Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Дисциплины:
2017-11-22 | 426 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Операционными усилителями (ОУ) называются многокаскадные усилители постоянного тока с дифференциальным входным каскадом и несимметричным выходом. Операционными они называются потому, что первоначально предназначались для выполнения математических операций над непрерывными электрическими сигналами в аналоговых вычислительных машинах (сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование, логарифмирование и т.д.). Первоначально ОУ выполнялись на лампах и имели большие размеры и стоимость. Сейчас их изготавливают в виде интегральных микросхем (чаще полупроводниковых), поэтому они имеют миниатюрные размеры, низкую стоимость и являются самыми универсальными аналоговыми компонентами радиоэлектронной аппаратуры, используемыми в измерительных приборах, усилителях звуковых частот, видеоусилителях, стабилизаторах напряжения, в схемах сравнения и т.д.
ОУ содержит два ДК (VT 1, VT 2 и VT 4, VT 5) с ГСТ (VT 3, VT 6) в первом из них. С эмиттеров второго ДК на базу VT 3замкнута петля отрицательной обратной связи (ОС), охватывающей эти каскады по синфазной помехе с целью ее дополнительного ослабления. Имеется также каскад сдвига уровня (VТ 7). Емкость запертого диода VD используется для увеличения пассивной передачи высших частот (коррекция на опережение), чтобы они не ослаблялись схемой сдвига. На выходе включен эмиттерный повторитель (VT 9). В схеме сдвига участвует также VT 8, который, кроме того, совместно с VT 9образует петлю положительной ОС, благодаря которой сопротивление между точками a и b становится отрицательным, и коэффициент передачи "делителя" напряжения, состоящего из R 5и Rab,оказывается больше единицы. Это позволяет получить полную амплитуду выходного напряжения, несмотря на пониженную достижимую амплитуду на коллекторе VТ 5. Выводы 12 и 3 служат для подключения внешних цепей коррекции.
|
В исходном состоянии постоянные напряжения входов и выхода относительно земли равны нулю. Это достигается применением двух источников питания разной полярности. Их напряжения + Е П и - Е П (рис. 5) подаются относительно земли, обычно берутся одинаковыми и составляют единицы или десятки вольт.
Перейдем теперь к основным техническим показателям ОУ. На рис. 4 дифференциальное входное напряжение подается между выводами микросхемы 9 и 10). Отношение выходного напряжения к дифференциальному входному называется коэффициентом усиления ОУ
.
По сути дела это коэффициент усиления дифференциального напряжения. Он очень велик и обычно составляет тысячи или десятки тысяч, измеряется на частоте 1 кГц.
Входные сопротивления ОУ (R вх.д и R вх.сф), коэффициент ослабления синфазных входных напряжений (К осл.сф) определяются так же, как и у входного ДК. В роли синфазной входной помехи чаще всего выступает наводка от питающей сети с частотой 50 Гц.
|
Выходное сопротивление R вых ОУ составляет десятки или сотни Ом и определяется оконечным эмиттерным повторителем. Полоса пропускания на уровне 0,707 определяется граничной частотой усилителя. Кроме того, применяется частота единичного усиления f 1. Это частота, на которой К д = 1. Величина f 1 обычно имеет значение не менее сотен килогерц.
Основные схемы включения ОУ
Так как ОУ обладает очень большим усилением, то даже малое постоянное дифференциальное входное напряжение, которое может возникнуть из-за асимметрии входного ДК или нестабильности элементов входной цепи, способно перегрузить ОУ и вызвать смещение или сдвиг нуля постоянного выходного напряжения к предельному значению. Тогда ОУ окажется в состоянии насыщения и потеряет способность усиливать. Кроме того, коэффициент усиления ОУ может иметь значительный технологический разброс и зависеть от температуры и напряжения питания. Поэтому, как правило, ОУ применяются с глубокой внешней отрицательной ОС, которая обеспечивает стабильность усиления и малый сдвиг нуля выходного напряжения. Рассмотрим основные схемы включения ОУ.
Инвертирующий усилитель
Схема инвертирующего усилителя приведена рис.6, а. Входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ через сопротивление R 1. Неинвертирующий вход заземлен через сопротивление R 3, которое в некоторых случаях может отсутствовать. Для того чтобы ОС была отрицательной, ее сигнал должен сниматься с выхода и подаваться на инвертирующий вход. В приведенной схеме отрицательная ОС подается с выхода на вход через резистор R 2 и является параллельной по напряжению. Поскольку данная схема приводится для анализа работы ОУ, выводы подключения источников питания, а также дополнительные выводы, используемые на практике, на схеме не показаны.
Ограничимся упрощенным анализом, который является точным только в случае допущения, что ОУ является идеальным (К д = ∞, R вх.д = ∞). Так как U вых ограничено значением напряжения питания, а К д = ∞, то U вх.д = 0, т.е. пренебрежимо мало. Кроме того из-за R вх.д = ∞ входной ток ОУ ничтожно мал. Следовательно, величины токов I, протекающих через R 1 и через резистор связи R 2, одинаковы. Поскольку U вх.д = 0, то напряжение на R 1 равно U вх, а на R 2 равно U вых и ток
|
, (1)
откуда коэффициент усиления с учетом ОС
. (2)
Входное сопротивление R вх.β = U вх / I, а с учетом (1) R вх.β = R 1. Выходное сопротивление самого ОУ составляет десятки или сотни Ом. Отрицательная ОС по напряжению уменьшает выходное сопротивление схемы. При К д = ∞ глубина ее бесконечно велика и R вых.βуменьшается до нуля.
В случае реального ОУ (К д ≠ ∞, Rвх.д ≠ ∞) для точного определения найденных показателей необходимо применять теорию обратных связей.
Неинвертирующий усилитель
В схеме неинвертирующего усилителя (рис.6, б) входное напряжение подается на неинвертирующий вход ОУ, а напряжение ОС подается по-прежнему на инвертирующий вход через делитель R 2, R 1 для того, чтобы обратная связь была отрицательной. Организованная в схеме внешняя ОС оказывается последовательной по напряжению.
Здесь также ограничимся упрощенным анализом, считая ОУ идеальным. Тогда по тем же причинам, что и в инвертирующем усилителе, U вх.д и I вх.д пренебрежимо малы. Поэтому через R 2 и R 1протекает один и тот же ток I, причем
, .
Отсюда коэффициент усиления неинвертирующего усилителя с учетом ОС
. (3)
Входное сопротивление схемы для случая идеального ОУ R вх.β = ∞, а выходное R вых.β = 0.
Дифференциальный усилитель
Для точного вычитания необходимо обеспечить равенство коэффициентов усиления как первого, так и второго входных напряжений, рассматриваемых по отдельности (принцип суперпозиции):
. (4)
Левая часть равенства (4) - это коэффициент усиления (2) инвертирующего усилителя для U вх1. Его находим при U вх2 = 0. При этом в вывод неинвертирущего входа ОУ оказывается включенным сопротивление R 2 || R 4. Однако оно ничтожно мало по сравнению с R вх.д и на коэффициент усиления не влияет. В правой части (4) первый сомножитель - это коэффициент передачи резистивного делителя напряжения R 2, R 4, а второй - коэффициент усиления (3) неинвертирующего усилителя для напряжения U вх2 (находим при U вх1 = 0).
|
Разделим обе части равенства (4) на отношение R 3 /R 1, а числитель и знаменатель дроби в правой части - на R 4. Получим
,
откуда
.
При этом условии выходное напряжение
пропорционально разности входных напряжений. Иначе говоря, такой усилитель нечувствителен к синфазному входному напряжению, поданному на оба входа одновременно. Однако в реальных ОУ синфазный сигнал все же проходит на выход, хотя и очень слабо.
Известно, что отрицательная ОС по напряжению уменьшает U выхв глубину раз независимо от точек подачи входного напряжения. Следовательно, в дифференциальном усилителе она одинаково уменьшает оба коэффициента передачи - для дифференциального напряжение (К д) и для синфазного напряжения (К сф). Поэтому их отношение, называемое коэффициентом ослабления синфазной помехи К осл сф, для дифференциального усилителя (рис.7) такое же, как и для самого ОУ, т.е.
.
Последней формулой можно воспользоваться для определения Kосл сф, если измерить К β сф = U вых/ U вх.сф. Здесь U вх.сф = U вх1 = U вх2 и подается при запараллеленных между собой входах схемы рис.7, а К β = R 3/ R 1 для любого из входов. Тогда
. (5)
В заключение отметим, что во всех рассмотренных усилителях, если они предназначаются для усиления только переменных напряжений, можно обойтись источником питания одной полярности. Соответствующие схемы мы здесь не рассматриваем.
|
|
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!