Л10 (Заг.хар.ОП)

1.

ОСНОВИ
ТЕХНІЧНОЇ
ЕЛЕКТРОНІКИ
Тема 3
ПІДСИЛЮВАЧІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ
AMPLIFIERS OF ELECTRIC SIGNALS
Лекція 1/10. ОПЕРАЦІЙНІ ПІДСИЛЮВАЧІ
Лектор:
Старший викладач кафедри електротехніки та
електроніки
підполковник
Рикун Віталій Леонідович

2.

РЕЗУЛЬТАТИ НАВЧАННЯ:
По завершенню заняття здобувачі вищої
освіти будуть здатні:
•Ідентифікувати на принципових схемах
операційні підсилювачі та дати їм
характеристики.
•Пояснити параметри операційних
підсилювачів.
•Застосовувати на практиці вміння
розраховувати елементи схем операційних
підсилювачів для забезпечення заданих
параметрів.

3.

Навчальні питання:
1. Загальна характеристика ОП.
2. Вхідні й вихідні параметри ОП.
3. Застосування операційних
підсилювачів в електричних
схемах.

4.

Навчальна література:
Л 1. Комп’ютерна електроніка: Навч. посіб.
– Житомир: ЖВІ, 2017, 612 с.
Л 2. Ю. Шабатура, та ін. Електротехніка,
електроніка та автоматика у військовій
техніці. НМП. – Львів: НАСВ, 2022. – 203с.
Л 3. NATO STANDARD AECTP-250.
Electrical And Electromagnetic Environmental
Conditions. Edition C, Version 1: NATO
Standardization Office, 2014 – 253 р.
Л 5. Пустовіт В. Операційні підсилювачі та
компаратори https://radiodetali.com.ua/articles/
shodinka-desyata-operatsiyni-pidsilyuvachi-takomparatori. Дата ост. звертання 02.01.2023 р.

5.

ВСТУП
Термін операційний підсилювач (ОП) з’явився в
аналоговій обчислюваній техніці, де подібні підсилювачі з
відповідними зворотними зв’язками застосовуються для
виконання різноманітних математичних операцій
(інтегрування, додавання і т. ін.).
Внутрішня будова ОП 741

6.

1. Загальна хар-ка ОП
Операційний
підсилювач
(ОП) - це підсилювач постійного
струму
(ППС),
який
також
призначений і для виконання
математичних операцій над
аналоговими величинами (при
використанні
зворотнього
зв’язку).

7.

Класифікація ОП:
за призначенням:
• загального призначення,
• спеціальні,
• прецизійні,
• вимірювальні,
• швидкої дії та інші.
за принципом дії :
• прямого підсилення;
• з перетворенням сигналу.

8.

UВХ Вхідний
каскад
Проміжний
каскад
Вихідний UВИХ
каскад
Вхідний
каскад
це
диференціальний П. з великими
RВХ й КU.
Проміжний каскад забезпечує:
основне підсилення сигналу.
Вихідний
каскад
забезпечує
мінімальний RВИХ .

9.

Проміжний каскад – це двотактні
схеми
підсилювачів,
які
працюють в режимі В або АВ.
Вихідний каскад
- це
емітерний
або
витоковий
повторювачі.

10.

Умовні графічні позначення ОП на схемах:
OV – загальний вивід
FC – виводи для підключення елементів частотної
корекції АЧХ ОП;
NС – виводи для підключення елементів, які
збалансовуватимуть режим роботи ОП;

11.

Спрощені УГЗ (a), (б); з зазначенням функціонального
призначення виводів ІС –одноканального ОП AD8005
(в), двоканального ОП AD8056 (г) та чотириканального
ОП AD8567 (д)

12.

Різноманітні операційні підсилювачі, як в
окремих корпусах, так і декілька в одному

13.

2. Вхідні й вихідні параметри ОП
ОП характеризуються:
вхідними й вихідними параметрами;
параметрами передачі.
2.1. Вхідні параметри ОП
Напруга зміщення нуля
UЗМ – це величина напруги між
входами ОП, при якій UВИХ = 0.

14.

Uвих.
Uвих.max
Uвх.=Uвх.1 –Uвх.2
Uзм
Uвих.min
Характеристика реального ОП

15.

Знаючи UЗМ, можна обчислити напругу
на виході ОП при нульовій вхідній за
формулою:
UВИХ(UВХ=0) = КОП UЗМ,
де КОП – коефіцієнт підсилення ОП (КОП 1).
Величини UЗМ для реальних ІМС мають
значення від часток до десятків мВ.

16.

Вхідний струм ОП, ІВХ.
(одиниці … сотні нА.)
Вхідний опір ОП
RВХ = UВХ / ІВХ.
(десятки кОм … сотні МОм.)
Максимальна вхідна напруга, UВХ MAX –
найбільше значення вхідної напруги ОП, при
якому вихідна напруга відповідає заданому
значенню вхідної.

17.

2.2. Вихідні параметри ОП
Вихідний опір ОП
RВИХ – це відношення приростів вихідної
напруги та активної складової вихідного
струму.
UВИХ МАКС
є на 10…30% меншою за напругу
живлення.

18.

2.3. Характеристики передачі ОП
• коефіцієнт підсилення напруги
ОП КОП,
• частота одиничного підсилення
f1,
• швидкість наростання вихідної
напруги (струму).

19.

Коефіцієнт підсилення по
напрузі ОП
КОП =UВИХ /∆UВХ=
= UВИХ / (UВХ НЕІНВ – UВХ ІНВ )
Для сучасних ОП КОП 106.

20.

Швидкість наростання вихідної
напруги
VMAX – це максимальна швидкість зміни
вихідного сигналу при максимальному
значенні його амплітуди на вході.
VMAX = 2 fC UMAX, [В/мкс].

21.

Параметрами ОП також є:
напруга живлення UЖ;
струм споживання ІСП;
опір навантаження RН

22.

Амплітудно-частотна
характеристика (АЧХ) ОП
В ОП відсутні конденсатори та
індуктивні р.к.
Але із збільшенням f через вплив
паразитних реактивностей КОП
зменшується.

23.

K( f )
КОП
К ОП
К( f ) =
1 + ( f / fC )
.
2
0,707·КОП
1
0
fС
Лінійна АЧХ ОП
f1
f
де fC – гранична частота ОП, на якій
коефіцієнт підсилення зменшується в 2 раз.

24.

Для аналізу ОП здійснюється
апроксимація його АЧХ відрізками
прямих ліній.
При цьому отримується
логарифмічна АЧХ (ЛАЧХ) ОП.
На частотах f < fС ЛАЧХ ОП являє
собою горизонтальну лінію на рівні
20 · lgКОП.

25.

К ДБ ( f )
20·lgКОП
20 ДБ
нахил -20 ДБ /дек
0
fС
103
104
f1
f
Рис. 4. Апроксимована ЛАЧХ

26.

3. Застосування ОП в
електричних схемах
3.1. ОП в якості компараторів
Схема порівняння вх.
сигналу uвх на
інверсному вході ОП
з еталонним вхідним
сигналом на прямому
вході, що задається
потенціометром.
Якщо вхідний сигнал менший від еталонного, то
вихідна напруга сягає максимального значення uвих>>+E
і світлодіод, що застосовується в якості індикатора стану
ОП, світиться. Як тільки сигнал на інверсному вході
перевищує еталонну напругу, світлодіод вимикається, а
напруга на виході приймає мінімальне значення -E(B).

27.

3.2. ОП - перетворювач змінного сигналу
на послідовність прямокутних імпульсів
На пр. вх. ОП подається постійна еталонна напруга з
потенціометра, а на інв. - синусоїдальна напруга. На
виході ОП отримуємо напругу у вигляді меандру (рис.
6,б)). Змінюючи U0 за допомогою потенціометра, можна
змінювати щілинність імпульсів (рис.6,в)). Змінна
напруга на інверсному вході може бути будь-якої форми
(трикутна, меандр, пилкоподібна або інша), щоб схема
виконувала ті самі функції.

28.

3.3. Перетворювачі аналогових сигналів
на операційних підсилювачах
Широке практичне застосування ОП в
аналогових схемах ґрунтується, головним чином,
на використаннях різного роду зовнішніх
зворотних зв’язків. Інвертуючий вхід
використовують для охоплення ОП зовнішніми
від’ємними зворотними зв’язками, а
неінвертуючий – додатними зворотними
зв’язками.
Введення в зовнішні кола зворотної передачі
різних лінійних і нелінійних елементів дає змогу
спрямовано синтезувати пристрої з потрібними
алгоритмами перетворення вхідного сигналу.

29.

3.3.1. Інвертуючий підсилювач
коефіцієнт підсилення за напругою
Зміна співвідношення значень опорів R33 і R1
веде до змін значень коефіцієнтів підсилення
за напругою KUOП β.

30.

3.3.2. Неінвертуючий підсилювач
У схемі наявний послідовний від’ємний зворотний
зв’язок за напругою. Частина вихідної напруги
знімається з резистора R1 дільника вихідної напруги
(R33-R1) і подається на інвертуючий вхід ОП.

31.

За умови R33 = 0 і R1 схема неінвертуючого
підсилювача перетвориться на схему повторювача
напруги з KUOП β = 1
Рис. 9. Повторювач на ОП: схема (а) і часові
діаграми вхідного та вихідного сигналів (б)

32.

3.3.3. Інвертуючий суматор
Рис. 10
Сх. суматора виконується на основі сх. інвертуючого
підсилювача з декількома паралельними входами, які
приєднуються до інверсного входу ОП (рис. 10).
Кількість входів визначається кількістю m сигналів, які
потрібно додати. Всі вхідні сигнали uвх1…uвхm подаються
через резистори R1…Rm.

33.

Реалізація математичних операцій на ОП
Інвертуючий підсилювач
Неінвертуючий підсилювач
Суматор
Віднімаючий суматор
Експоненційний генератор
Обертач фази
γ=
1
Інтегратор
Диференціатор
R1
R1 R 2

34.

Висновки:
ОП
–
це
високоякісні
підсилювачі постійного струму
(ППС), які призначенні також і
для виконання математичних
операцій
над
вхідними
аналоговими сигналами.