Операционный усилитель (ОУ) называют интегральный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, на основе которого можно строить узлы аппаратуры с параметрами зависящими только от его цепи отрицательной обратной связи (ООС).
С помощью ОУ можно реализовать различные устройства. В зависимости от значения параметров ОУ их подразделяют на следующие виды:
- Общего применения (погрешность 1%)
- Быстродействующие
- Прецизионные с очень большим коэффициентом усиления , с низким уровнем дрейфа и шумов, с минимальной погрешностью (доли процента)
- Микромощные
- Программируемые
Так же различают 2-а основных вида включения ОУ: инвертирующие и не инвертирующие. В первом случае фаза сигнала сдвинута на 180º по отношению ко входному сигналу, во втором случае фазы выходного и входного сигнала равны. Инвертирующее включение наиболее часто используемое.
Для расчета и проектирования уст-в с применением ОУ пользуются понятием ИДЕАЛЬНЫЙ ОУ. такой ОУ имеет бесконечный коэффициент усиления, бесконечно большое входное сопротивление, полосу пропускания равной бесконечности, бесконечно большую скорость нарастания выходного сигнала и напряжение смещения равное нулю. Но характеристики идеальный ОУ отличаются от характеристик реальных ОУ.
Основные параметры ОУ:
- Коэффициент усиления напряжения Кu — отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению входного сигнала.
- Если построить график зависимости то видно что прямая проходит не через начало координат, а сдвинута на некоторую величину, которая вызвана напряжением смещения Uсм. Напряжение смещения это напряжение которое необходимо подать на вход чтобы на выходе было напряжение равное нулю.
- Напряжение смещения зависимо от температуры, для этого введен параметр TKUсм, который показывает на сколько изменилось напряжение смещения при изменении температуры на 1°С
- Коэффициент усиления зависит от частоты входного сигнала, чем выше частота тем меньше коэффициент усиления, такую зависимость называют логарифмической амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ), при этом при увеличении частоты входного сигнала фаза выходного сигнала может сдвинуться до 360º. При этом если на этой частоте Ku окажется в цепи ООС больше 1, то ОУ самовозбудится.
- Для получения стабильной ЛАЧХ необходима коррекция АЧХ каждого каскада ОУ. Для этого вводятся корректирующие конденсаторы малой емкости (в некоторых ОУ они введены в корпус ОУ). В некоторых ОУ имеются выводы для подключения корректирующих конденсаторов и на схема их обозначают буквами FC. Частоту на которой Кu уменьшается до 1, называют частотой единичного усиления — f1.
- Импульсные характеристики ОУ оцениваются скоростью нарастания выходного сигнала Vu, иногда этот параметр ОУ называют скоростью ОТКЛИКА. Это отношение изменения выходного напряжения о 10 до 90% номинального значения ко времени, за которое это изменение произошло.
- Одним из важных параметров ОУ является максимальное входное дифференциальное напряжение Uдф мах . Превышение входного сигнала этого значения приводит к искажениям выходного напряжения и даже к выходу ОУ из строя.
- Входное сопротивление ОУ бывает дифференциальным ( сопротивление входному сигналу поданное между входами ОУ) и входное сопротивление синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и землей). Так как входы ОУ являются дифференциальными, то ОУ усиливает разностное напряжение. Свойство ОУ подавать синфазный сигнал ( то есть сигнал подаваемый на два входа одновременно) характеризуется коэффициентом ослабления синфазного сигнала Кос. сф. Оно выражено в дБ и характеризует отношение коэффициента передачи дифференциального сигнала к коэффициенту передачи синфазного сигнала.
- Появление сигнала на выходе ОУ при отсутствии входного сигнала способствуют входные токи Iвх , для устранения входного тока применяют балансировочный резистор который включен между входами ОУ. Для определения номинала этого резистора необходимо знать разностный входной ток ΔIвх, некоторые ОУ имеют специальные выводы которые на схемах обозначают как NC.
- Предельный выходной ток Iвых мах определяет минимальное сопротивление нагрузки Rн мах. При превышении этого значения выходного тока возможен выход из строя ОУ. В новых разработках ОУ есть система защиты от короткого замыкания выхода и перегрузки, эта система ограничивает выходной ток ограничен в пределах 25 мА.
В различных справочниках введены следующие сокращения:
- Uпит. ном — номинальное напряжение питания
- Uпит — интервал значений напряжения питания
- Iпот — ток потребления
- Квл. ип — коэффициент влияния нестабильности напряжения источника питания на Uсм
- Кu — коэффициент усиления напряжения
- Uсм — напряжение смещения нуля
- ТКU см — температурный коэффициент напряжения смещения
- Iвх — входной ток
- Iвх мах — предельное значение входного тока
- ΔIвх — разностный входной ток
- Iупр — ток управления
- Rвх — входное сопротивление
- Uш. вх — приведенное ко входу напряжение шумов
- Uдф мах — допустимое значение дифференциального входного напряжения
- Uсф мах — допустимое значение синфазного входного напряжения
- К ос. сф — коэффициент ослабления синфазного сигнала
- f1 — частота единичного усиления
- Vu — скорость нарастания выходного напряжения
- tуст — время установления выходного напряжения
- Uвых мах — наибольшая амплитуда выходного напряжения
- I вых мах — предельный выходной ток
- I вых пик — пиковое значение выходного тока
- Rн min — минимальное сопротивление нагрузки
- С мах — максимальная емкость нагрузки
- Ррас мах — максимальная мощность рассеивания мощности
Схемы включения ОУ
Литература 180 аналоговых микросхем (справочник) Ю.А. Мячин 1993г
Загрузка...