Основные схемы включения ОУ

 

Рассмотрим схему на рис. 69. Эта схема называется инвертирующим усилителем, так как входной сигнал подаётся на инвертирующий вход.

Рис. 69. Инвертирующий усилитель

 

Выполним анализ схемы с учётом рассмотренных выше правил 1 и 2. Потенциал точки В равен потенциалу земли. В соответствии с правилом 2 потенциал точки А равен потенциалу точки В и также равен потенциалу земли. Значит, падение напряжения на резисторе  равно входному напряжению , падение напряжения на резисторе  равно выходному напряжению .

С учётом правила 1 , поэтому входной ток будет равен

.

Знак минус перед правой частью выражения означает, что выходной сигнал инвертирован.

Из последнего выражения следует, что коэффициент усиления по напряжению равен

.

Входное сопротивление схемы , выходное сопротивление близко к нулю (на практике составляет доли Ом).

Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (рис. 70).

Рис. 70. Неинвертирующий усилитель

 

Потенциал точки А равен входному напряжению . В то же время, потенциал точки А равен падению напряжения на сопротивлении  делителя напряжения :

.

Тогда коэффициент усиления по напряжению

.

Входное сопротивление этого усилителя намного больше, чем у инвертирующего усилителя и теоретически равно бесконечности (для ОУ LF411 оно составляет 10¹² Ом и больше, для ОУ на биполярных транзисторах обычно превышает 10⁸ Ом). Выходное сопротивление, как и в предыдущем случае, равно долям Ома.

На рис. 71 показан повторитель на основе ОУ, подобный эмиттерному. Он представляет собой неинвертирующий усилитель, в котором сопротивление R₁ равно бесконечности, а сопротивление R₂ – нулю (коэффициент усиления равен 1).

Рис. 71. Повторитель

 

Усилитель с единичным коэффициентом усиления называют иногда буфером, так как он обладает изолирующими свойствами (большим входным сопротивлением и малым выходным). Существуют специальные ОУ, предназначенные для использования только в качестве повторителей, они обладают улучшенными характеристиками (в основном более высоким быстродействием).

Схема интегратора на ОУ приведена на рис. 72.

Рис. 72. Интегратор на ОУ:

Если на вход интегратора подать ступенчатый сигнал, выходной сигнал будет представлять наклонную прямую с полярностью, противоположной полярности входного сигнала.

На рис. 73 показан дифференциатор на ОУ, который создаёт выходное напряжение, пропорциональное скорости изменения входного.

Рис. 73. Дифференциатор на ОУ:

 

При дифференцировании ОУ должен пропускать только переменную составляющую входного напряжения и коэффициент усиления этой схемы должен возрастать при увеличении скорости изменения входного сигнала.

 

Характеристики ОУ

 

Основными характеристиками ОУ являются:

1) усилительные;

2) амплитудные (передаточные);

3) входные и выходные;

4) энергетические;

5) амплитудно-частотные и фазо-частотные;

6) скоростные;

7) дрейфовые.

Амплитудные (передаточные) характеристики ОУ

Эти характеристики снимают для каждого из входов (инвертирующего  и неинвертирующего ) при условии, что другой вход заземлён (рис. 74). Они имеют линейные участки (пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного) и участки насыщения, вызванные ограничениями по напряжению источника питания.

Рис. 74. Амплитудные характеристики ОУ

 

Теоретические амплитудные характеристики проходят через нуль (показаны на рис. 74 сплошными линиями). Угол наклона линейного участка определяет коэффициент усиления ОУ:

.

Входные характеристики

На практике существует остаточная несимметрия ОУ, которая характеризуется входным напряжением смещения  (рис. 74). Напряжение смещения можно регулировать с помощью выводов "установка нуля" (рис. 68). Входные токи ОУ вызваны конечным значением входного сопротивления дифференциального каскада, разность входных токов – разбросом параметров транзисторов. Входные сопротивления в зависимости от характера подаваемого сигнала подразделяют на дифференциальное (для дифференциального входного сигнала) и синфазное (характеризует изменение входного тока при подаче на входы синфазного напряжения). Также нормируется максимальное входное дифференциальное напряжение.

Выходные характеристики

Выходное сопротивление, максимальный выходной ток, минимальное и максимальное выходное напряжение. Выходные напряжения меньше напряжения источников питания на 1 В.

Энергетические характеристики

Значение напряжения источников питания, потребляемый ток (его величина нормируется в режиме холостого хода), в некоторых случаях нормируется КПД.

Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики

АЧХ и ФЧХ типового ОУ показаны на рис. 75.

а)	б)
Рис. 75. АЧХ (а) и ФЧХ (б) типового ОУ

 

Частота , при которой коэффициент усиления равен единице, называется частотой единичного усиления. Фазовый сдвиг на частоте  равен -45⁰. Для получения нужной ФЧХ и ФЧХ применяют цепи внутренней или внешней коррекции.

Скоростные характеристики

Являются следствием ограниченности АЧХ и энергетических характеристик. Определяются по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (рис. 76). К ним относятся время установления  и скорость нарастания  выходного напряжения ( – время, в течение которого выходное напряжение изменяется на участке от  до ; – отношение приращения выходного напряжения ко времени на этом участке).

Рис. 76. Реакция ОУ на воздействие скачка напряжения на входе

 

Дрейфовые характеристики

Определяют изменения параметров ОУ от температуры и времени: температурный и временной дрейф напряжения смещения , входных токов и их разности. 

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: