Усилители операционные

1.

УСИЛИТЕЛИ
Аналоговые электронные устройства

2.

Операционные усилители
• это разновидность усилителей постоянного тока. Они
имеют большой коэффициент усиления по напряжению и
высокое входное сопротивление
Схемное обозначение ОУ

3.

На ОУ создаются схемы, предназначенные для
выполнения математических операций над
входными сигналами (сложение, вычитание,
интегрирование, выделение модуля функции и т.п.)
В настоящее время операционные усилители играют
роль многоцелевых элементов при построении
аппаратуры самого различного назначения. Они
применяются в усилительной технике, устройствах
генерации сигналов синусоидальной и импульсной
форм, в стабилизаторах напряжения, активных
фильтрах и т.д.

4.

Эквивалентные схемы идеального и
реального ОУ
iвх2=0
Uвх2
К
Uвых
Uвх1
iвх2=0
iвх1=0
Uвх2
rвых
есм
Uвх1
rвх
Uвых
iвх1=0

5.

Свойства операционного усилителя
Операционный усилитель имеет:
• Чрезвычайно высокий коэффициент усиления по напряжению
Ku
Большое входное сопротивление
Малое выходное сопротивление
Малые дрейф, шум и сдвиг нуля
Малые входные токи смещения и сдвига
Передаточная характеристика ОУ
U вых
U вх
Rвх
Rвых 0

6.

Неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель
содержит последовательную
отрицательную обратную
связь по напряжению,
поданную по
инвертирующему входу
Передаточная характеристика неинвертирующего ОУ
Форма сигналов на входе и выходе усилителя

7.

Инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель
изменяет знак выходного
сигнала относительно
входного и создается
введением по
инвертирующему входу ОУ с
помощью резистора Rо.с.
параллельной отрицательной
обратной связи по
напряжению.
Инвертирующий и
неинвертирующий усилители
широко используют в качестве
высокостабильных усилителей
различного назначения.
Передаточная характеристика инвертирующего ОУ

8.

9.

Параметры ОУ
• Коэффициент усиления по напряжению - отношение
выходного сигнала к дифференциальному входному
сигналу К=Uвых. /Uвх.диф
(Коэффициент усиления ОУ в отсутствие обратной
связи)
Передаточная характеристика ОУ
Uвых
Uв
II
III
0
Uн
I
есм
Uвх. диф.

10.

ПараметрыОУ
Входное напряжение сдвига - напряжение Uвх.диф, при
котором Uвых.=0.
Нежелательное напряжение. Причина появления на входе
ОУ ненулевого напряжения при нулевом напряжении на
обоих входах.
Входной ток смещения - ток на входе усилителя,
необходимый для работы входного каскада ОУ.
Входной ток сдвига - разность токов смещения,
необходимых для двух входных транзисторов ОУ.
Входное сопротивление - сопротивление ОУ по отношению
ко входному сигналу.
Выходное сопротивление - внутреннее сопротивление ОУ,
о котором можно судить по напряжению на его выходе.

11.

Характеристики ОУ
• Амплитудные (передаточные) характиристики
Uвых=f(Uвх)

12.

Характеристики ОУ
• Частотная характеристика.
Зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала
Амплитудно-частотная характеристика

13.

Характеристики ОУ
• Зависимость сдвига фазы от частоты сигнала
Фазово-частотная характеристика

14.

Классификация ОУ по области применения
Выпускаемые промышленностью операционные усилители
постоянно совершенствуются, параметры ОУ приближаются к
идеальным. Однако улучшить все параметры одновременно
технически невозможно или нецелесообразно из-за
дороговизны полученного чипа.
Для того, чтобы расширить область применения ОУ,
выпускаются различные их типы, в каждом из которых один или
несколько параметров являются выдающимися, а остальные на
обычном уровне (или даже чуть хуже).
Это оправдано, так как в зависимости от сферы применения от
ОУ требуется высокое значение того или иного параметра, но
не всех сразу. Отсюда вытекает классификация ОУ по областям
применения.

15.

Классификация ОУ по области применения
Индустриальный стандарт. Так называют
широко применяемые, очень дешевые ОУ
общего применения со средними
характеристиками. Пример "классических" ОУ:
с биполярным входом - LM324, с полевым
входом - TL084.
Прецизионные ОУ имеют очень малые напряжения
смещения, применяются в точных измерительных
схемах. Обычно ОУ на биполярных транзисторах по
этому показателю несколько лучше, чем на полевых.
Также от прецизионных ОУ требуется
долговременная стабильность параметров.
Исключительно малыми смещениями обладают
стабилизированные прерыванием ОУ. Примеры:
AD707, AD708, с напряжением смещения 30 мкВ, а
также новейшие AD8551 с типичным напряжением
смещения 1 мкВ.

16.

Классификация по области применения
• С малым входным током (электрометрические) ОУ. Все ОУ,
имеющие полевые транзисторы на входе, обладают малым
входным током. Но среди них существуют специальные ОУ с
исключительно малым входным током. Чтобы полностью
реализовать их преимущества, при проектировании устройств с их
использованием необходимо даже учитывать утечку тока по
печатной плате. Пример: AD549 с входным током 6·10−14 А.
• Микромощные и программируемые ОУ потребляют малый ток на
собственное питание. Такие ОУ не могут быть
быстродействующими, так как малый потребляемый ток и высокое
быстродействие — взаимоисключающие требования.
Программируемыми называются ОУ, для которых все внутренние
токи покоя можно задать с помощью внешнего тока, подаваемого
на специальный вывод ОУ.
• Мощные (сильноточные) ОУ могут отдавать большой ток в
нагрузку, то есть допустимое сопротивление нагрузки меньше
стандартных 2 кОм, и может составлять до 50 Ом.
• Низковольтные ОУ работоспособны при напряжении питания 3 В и
даже ниже.

17.

Классификация по области применения
• Высоковольтные ОУ. Все напряжения для них (питания, синфазное
входное, максимальное выходное) значительно больше, чем для ОУ
широкого применения.
• Быстродействующие ОУ имеют высокую скорость нарастания и
частоту единичного усиления. Такие ОУ не могут быть
микромощными, и как правило выполнены на биполярных
транзисторах.
• Малошумящие ОУ.
• Звуковые ОУ. Имеют минимально возможный коэффициент
гармоник (THD).
• Для однополярного питания. CMOS ОУ обеспечивают выходное
напряжение, практически равное напряжению питания, биполярные
ОУ - примерно на 1.2 В меньше, что существенно при небольших
значениях Ucc.
• Специализированные ОУ. Обычно разработаны для конкретных
задач (подключение фотодатчика, магнитной головки, и др.). Могут
содержать в себе готовые цепи ООС или отдельные необходимые для
этого прецизионные резисторы.