Операционные усилители. Тема 3 Аналоговые интегральные схемы

Лекция 7

Тема 3 Аналоговые интегральные схемы

Классификация и основные параметры ОУ.

Операционным усилителем называется устройство, предназначенное для выполнения математических операций с аналоговыми сигналами, имеющее исключительно высокий коэффициент усиления, очень большое входное и малое выходное сопротивление и выполненное в микроэлектронном исполнении.

Операционный усилитель включает в свой состав один или несколько дифференциальных каскадов УПТ, генератор стабильного тока для питания этих каскадов и выходные эмиттерные повторители для увеличения входного и уменьшения выходного сопротивления.

Пример маркировки ОУ: К553УД2.

Вход A – инвертирующий вход.

Вход B – неинвертирующий вход.

Входы C – для подключения двуполярного ИП.

Входы D – выводы для подключения цепей коррекции.

ОУ подразделяются по следующим признакам:

- ОУ общего применения

- Мощные ОУ

- ОУ с управляемыми параметрами

- Быстродействующие ОУ

К основным параметрам ОУ относятся следующие:

- Напряжение ИП

- Коэффициент усиления

- Входное сопротивление

- Потребляемый от ИП ток или потребляемая мощность

- Коэффициент ослабления синфазного сигнала [дБ]

- Скорость нарастания выходного напряжения. Она показывает быстродействие ОУ

Так как ОУ имеет очень большой коэффициент усиления и достаточно сложную схему, то при работе на определённых частотах возможно появление нежелательных фазовых сдвигов, приводящих к образованию положительных ОС и, как следствие, к самовозбуждению усилителя.

Для устранения этих возможностей применяются цепи коррекции, представляющие различные RC-цепочки. Цепи коррекции могут быть как внешними, то есть при помощи навесных элементов, так и внутренними, то есть внутри корпуса микросхемы. Причём цепи коррекции разрабатываются на этапе проектирования ОУ и являются индивидуальными для каждого конкретного типа ОУ.

ОУ имеет большое число параметров, которые можно разделить на следующие группы:

1) передаточные; 4) частотные;

2) входные; 5) динамические;

3) выходные; 6) дрейфовые;

1. Передаточные параметры.

Основными среди этих характеристик являются следующие:

1). Передаточная или амплитудная характеристика (АХ) - это зависимость U_вых =F(U⁺_вх, U^–_вх). Эту функцию двух переменных обычно упрощают и рассматривают так как показано на рис. где,

1. U_вых =F(U⁺_вх), при U^–_вх=0,

2. U_вых =F(U^–_вх), при U⁺_вх =0.

Линейная зависимость между выходным U_вых =Коу (U⁺_вх - U^–_вх) и входными сигналами U_вх= U⁺_вх - U^–_вх наблюдается лишь при малых значениях U_вх, когда U_вх вблизи нуля.

При больших значения U_вх ОУ переходит в состояние насыщения, т.е. его выходной сигнал принимает напряжение близкое к напряжению питания. Поскольку U_вх= U⁺_вх - U^–_вх, величина малая, примерно около нуля, то в режиме большого сигнала

Для сбалансированного ОУ АХ проходит через ноль. Реально ОУ разбалансирован, т.е. его АХ смещена относительно нуля (см. рис.).

Разбаланс ОУ характеризуется параметрами:

2) Напряжение сдвига –U_сдв = U_вых|_U⁺_{вх = U}^–_вх=0.

3) напряжение смещения нуля - U_см.0. Это такое входное напряжение, которое надо подать на вход, чтобы устранить разбаланс ОУ. Они связаны соотношением U_сдв = Коу U_см.0

К передаточным параметрам относят также:

4). - коэффициент усиления дифференцирующего сигнала.

5).- коэффициент усиления синфазного сигнала.

6). - коэффициент ослабления синфазного сигнала.

2. Входные параметры ОУ.

1). Величины входных токов . Они зависят от транзисторов входного каскада

Входные токи создают на резисторах напряжения (рис.9), если не одинаковы, то на входе возникает дифференциальная составляющая входного напряжения, которая будет усилена ОУ, что приведет к его разбалансу. Для устранения разбаланса ОУ за счет входных токов резисторы должны выбираться одинаково.

2). Разность входных токов

3). - максимальное значение входного синфазного напряжения.

4). Величина входного сопротивления: различают входное дифференциальное и входное синфазное сопротивление .

3. Выходные параметры.

1). Выходное сопротивление ОУ R_вых. Обычно R_вых=(10² – 10³)Ом. Однако, благодаря обратным связям R_вых оказывается значительно меньше.

2). - максимальная амплитуда выходного напряжения. .

3). Максимальая величина выходного тока (- для ОУ широкого применения).

4). Наличие защиты от КЗ.

5. Частотные параметры ОУ.

Их оценивают по графику зависимости коэффициента усиления от частоты. Эту зависимость обычно строят в логарифмическом масштабе и основные частотные параметры следующие:

1). - граничная частота - это частота, на которой коэффициент усиления уменьшается в корень из двух раз, если график построен в линейном масштабе,

или на 3дБ, если график построен в логарифмическом масштабе К(f_гр)=К⁰-3дБ.

2).- частота единичного усиления, это частота где или К_(f1)[дБ]=0 дБ

Частотные параметры ОУ связаны соотношением .

5. Динамические параметры ОУ.

Они характеризуют быстродействие переключения ОУ и количественно оцениваются следующими параметрами.

1. Скорость нарастания выходного сигнала ,

где t_0.1 и t_0.9 время достижения уровня U_ВЫХ.0,1 и U_ВЫХ.0,9 от стационарного значения принятого за единицу;

2. - время установления выходного напряжения своего стационарного значения с заданной точностью.

6. Дрейфовые параметры.

Дата добавления: 2014-01-11