ЛЕКЦИЯ- ПЭ № 9 От22.12. и (30.12.) 2016 г
Операционные усилители(ОУ)
Определение и функциональная схема.
2. Дифференциальный усилитель и эмиттерный повторитель.
3. Некоторые практические схемы: инверт. инеинверт.ус-ли, дифференциатор и интегратор на ОУ.
Видеофайл: Эмиттерный повторитель.
1.1. ОУ – основной УК всех аналоговых интегральных микросхем (ИМС), усиливающий сигналы от нулевой частоты до НЧ (f= 0 Гц – 20 кГц).
1.2.Определение. ОУ называется УПТ с очень большими Кuи Rвх и очень малым Rвых, который в зависимости от подключаемой к нему цепи ОС может инвертировать, суммировать, вычитать, перемножать, интегриро-вать, дифференцировать и выполнять другие математические операции над аналоговыми входными сигналами.
1.3. Аналоговый - это сигнал, непрерывный во времени, в противном случае ондискретен (цифровой).
1.4. Функциональная схема ОУ состоит из трех основных узлов- ДУ, промежуточных УК (обычно на БПТ с ОЭ) и оконечного УК (обязательно типа ЭП):
Функциональные схемаОУ
Вход U1 (с полярностью минус) называется «инвертирующим », т.е. при котором на выходе сигнал с переворотом фазы (на ИМС указывается кружоч-ком), а вход U2 (+) – неинвертирующий - с той же фазой сигнала на выходе, что и на входе. На ИМС зажимы источника питания + U и - U обычно не показываются, а нумеруются цифрой.
2
2.1. Дифференциальный усилитель (ДУ) – обязательный УК на входе ОУ. Это- симметричный мост на двух БПТ с Rн в диагонали. Его Кu иUвых определяются формулами:
Кду = Uвых / (U2 – U1) = Uвых / Uд, т.е.
Uвых = Кду ∙ (U2 – U1) = Кду ∙ Uд, где
Кду и Uд – коэффициент усиления по напряжению и дифференциальное вход-ное напряжение ДУ.
2.2. Принцип действия ДУ
Если на входе 1 «-», а на входе 2 «+», то через нагрузку Rн течет уравнительный ток, пропорциональный разности двух входных сигналов. Отсюда и определение ДУ: Это есть УПТ, выходной сигнал которого равен разности двух входных сигналов.
Так что при равенстве Uвх 1 = Uвх2 →Uвыхду = 0!
Электрическая схема ДУ и его эквивалентный мост
Эмиттерный повторитель (ЭП)ОУ
Как и ДУс очень большим Rвх, так и ЭП с очень малым Rвых, - обязательные УК для ОУ (Rвхи Rвых – важные параметры при согласовании датчиков и др. УК). У него фаза выходного сигнала повторяет фазу входного, а выходной сигнал снимается с эмиттера, а не с коллектора (отсюданаз-
вание эмиттерный повторитель). Это - схема последовательной ООС по напряжению (схема с общим коллектором) единственная, в которой
Rвх>Rвых
У обычных УК на БПТ с ОЭ Rвх мало, а Rвых велико, а у ЭП- наоборот Rвх велико, а Rвых мало, т.е.
Rвх<Rвых
Это очень важные соотношения при согласовании этих УК на БПТ, УК
различных датчиков а также при их согласовании с нагрузочным стандарт-ным кабелем с низким волновым сопротивлением (ϱ = 75 или 50 Ом). В связи с этим ЭПчасто называют трансформатором сопротивлений (см. ниже схему согласования).
СХЕМА СОГЛАСОВАНИЯ
3
Некоторые практические схемы: инвертирующий и неинвертирую-щийусилители, интегратор и дифференциатор на ОУ.
Неинвертирующий усилитель
При расчете его коэффициента усиления Кос при известных R 1=10 кОм, Rос =190 кОм, имеем:
Из этого соотношения можно определить и другие параметры, например,вычислить значение R 1при Rос =100 кОм, Uвых =11 В, Uвх =1 В:
Koc = Uвых / Uвх =(Roc / R 1)+1;
R 1= Roc /(Koc -1)=100/(11-1)=10.
Инвертирующий усилитель
Аналогично при R 1=20 кОм и Rос =400 кОм имеем параметры этого усилителя:
Кос = Rос / R 1=-400 кОм /20 кОм =-20.