Операционные усилители

1. Операционные усилители

Рис.1. Схематическое изображение дифференциального операционного усилителя (а),
инвертирующего (б) и неинвертирующего (в)
Рис.2. Подача на вход ОУ дифференциаьного (а) Uдиф= (Uвх1 – Uвх2) и
синфазного (б) Uсф = Uвх1 = Uвх2 сигналов

2.

Рис. 3. Схема замещения дифференциального операционного усилителя:
идеального (а) и реального (б)

3.

Крутизна дифференциального каскада:
K1 S1
i1
i
1
uâõ Ò
i I e
1
uâõ / Ò
S
Зависимость напряжения и тока в емкости:
2i1 ic C ê
d u1
dt
Для переменного гармонического
сигнала с частотой ω:
2 I 1 C ê U 1
Коэффициент передачи интеграторов:
K2
U1 U1
1
I ñ 2 I 1 C ê
Коэффициент передачи выходного
повторителя напряжения К3=1
Рис.4. Упрощенная (а) и принципиальная схема (б)
дифференциального ОУ
Полный коэффициент передачи ОУ:
K K1 K 2 K 3
При
ïð
S1
Cê
K 1
S1
Cê

4.

Рис.5. Графики частотной
зависимости коэффициента
усиления ОУ (а) и максимальной
амплитуды выходного сигнала (б)
Ê 20 lg
Скорость нарастания выходного напряжения:
Если
VU âûõ
d u âûõ 2i1 2 Ò S1
dt
Cê
Cê
u âûõ U ìàêñ sin t , то d u âûõ / d t U m cos t
S1
äÁ
Cê
или VU âûõ
2i1 ïð
S1
2 Ò ïð
d uâûõ
ìàêñ U m
cos
t
1
:
и при
d
t
ìàêñ
(d u âûõ / d t ) ìàêñ (VU âû õ ) ìàêñ
Максимальная частота усиления большого сигнала: ìàêñ
Um
Um

5.

Основные характеристики операционных усилителей
Статические:
- коэффициент усиления на постоянном напряжении К(0) = Uвых/ Uвх;
- напряжение смещения нулевого уровня есм – напряжение, которое нужно приложить,
ко входу ОУ, чтобы сделать Uвых=0;
- входные токи iвх+ и iвх− − токи, протекающие через входные цепи ОУ;
- разность входных токов iвх+= iвх+− iвх− ;
- температурный коэффициент напряжения смещения нулевого уровня есм/ Т;
- температурный коэффициент разности входных токов iвх/ Т;
- коэффициент ослабления синфазного сигнала Косс – отношение коэффициента усиления
дифференциального сигнала к коэффициенту усиления синфазного сигнала Косс=Кдиф/Ксф;
- максимальный выходной ток Iвых.макс
Динамические:
- предельная частота fпр
- максимальная скорость нарастания выходного напряжения
(VU âûõ ) ìàêñ

6.

Рис.6. Схема инвертирующего усилителя (а) и неинвертирующего усилителя
на дифференциальном ОУ
U âûõ
R2
U âõ
U âûõ
K
коэффициент усиления усилителя
U
Схема (а):
U âõ
R1
R1
R2
Схема (б): U âõ U âûõ
R1
R1 R2
коэффициент усиления
K 1
R2
R1

7.

Рис. 7. Схема интегратора тока (а) и интегратора напряжения на дифференциальном ОУ
Схема (а):
Схема (б):
iâõ iñ , U ñ
iâõ U âûõ / R ,
1
1
i
d
t
U
U
iâõ d t
ñ
âûõ
ñ
C
C
U âûõ
1
U âõ d t
RC
iâõ iä , U âûõ U ä
Учитывая связь между током и напряжением на диоде:
U / Ò
iä I S e ä
, получим:
U âûõ Ò ln iâõ / I S
Рис. 8. Схема логарифматора тока на дифференциальном ОУ