Операційні підсилювачі. Загальні відомості

Перші операційні підсилювачі (ОП) з’явилися приблизно 40 – 45 років тому й були реалізовані на електронних лампах. Мікроелектроніка дозволила значно розширити використання ОП, оскільки їх маса, габарити, вартість та надійність є співрозмірними зі звичайними дискретними транзисторами. Сама назва ОП обумовлена тою обставиною, що, вводячи ті чи інші обернені зв’язки, ми можемо забезпечувати виконання основних математичних операцій (множення, ділення, додавання, віднімання, інтегрування, диференціювання, логарифмування). Саме завдяки цим властивостям у свій час були розроблені й використовувались аналогові обчислювальні машини.

Операційні підсилювачі можуть класифікуватись за такими ознаками:

1) схемо технічна реалізація (одно входові та двох входові ОП);

2) параметри;

3) призначення;

У випадку одноходової схемо технічній реалізації підсилювач обов’язково інвертуючий. У випадку двоходової реалізації один із входів інвертуючий, а другий – неінвертуючий. Отже, на вході такого ОП використовується диференційний підсилювач. Узагальнена структурна схема такого ОП зображена на рис.5.1.

Рис.5.1 Узагальнена структурна схема ОП

Функція диференційного підсилювача – порівняння двох сигналів. Функція проміжних каскадів (ПК) – забезпечення заданої величини K_U, перехід від диференційного сигналу до однофазного й забезпечення міжкаскадного зниження потенціалів. Значна величина коефіцієнта підсилення досягається шляхом використання підсилювальних каскадів із динамічним навантаженням. Функція вихідного каскаду (ВК), як правило, реалізується за двотактними без трансформаторними схемами. Транзистори при цьому працюють у режимах B, AB. Використання режиму А енергетично невигідне. Забезпечення нульової вихідної напруги при нульовій вхідній вимагає використання двох полярного джерела живлення. Свого часу були розроблені ОП, побудовані за принципом перетворення сигналу, тобто вхідний сигнал перетворюється на змінний (блок М) (рис.5.2), підсилюється без дрейфовим підсилювачем змінного струму (ПП) і на виході де модулюється (ДМ).

Рис.5.2. Структурна схема ОП побудованого за принципом перетворення сигналу.

Диференційні підсилювачі реалізуються на біполярних транзисторах, польових транзисторах та супер-b – транзисторах.

До основних параметрів підсилювача слід віднести:

1) - коефіцієнт підсилення за напругою. ();

2) - напруга зміщення (±20 мВ);

3) - нестабільність напруги зміщення (±60 мкВ/°C);

4) - вхідний струм (»9 мкА);

5) - різницю вхідного струму між окремими входами (±1,5 мкА);

6) - нестабільність величини вхідного струму від температури (±20нА/°C);

7) - граничну робочу частоту (100 кГц);

8) - порядок величини вихідного опору (0,1¸0,2 кОм);

9) амплітудне значення вихідної напруги (0,9Uживл.).

В найпростішому випадку ОП має п’ять електродів, тобто два входи, один вихід та два електроди живлення (рис.5.3 а).

Циколівка найбільш типових ОП наведена на рис.5.3(б,в,г):

Рис.5.3 Циколівка (розпіновка) найбільш типових ОП.

К140УД14 має ще два електроди, які дозволяють здійснювати частотну корекцію (frequency correction FC), а у K140УД17 ще є електрод “корекції нуля ”(null correction NC). ОП типу К140УД12 містять електрод-корекції величини струму (current correction CC), споживаючого від джерела живлення.

В ряді випадків функціональне призначення електродів операційних підсилювачів позначається відповідними скороченнями назв англійською мовою рис.5.3.б:

+IN; ─IN ─ відповідно не інвертуючий та інвертуючий входи; +Vs; ─Vs ─ живлення схеми відповідно додатна та від’ємна напруги; Vout ─ вихід; FB ─ повернення назад.

ОП практично не використовуються без ОЗ. Введення оберненого зв’язку достатньо глибокого за своєю величиною, дає підставу вважати операційний підсилювач ідеальним. Під ідеальним ОП розуміють такий підсилювач, який забезпечує K_U = ¥, U_зміщ. = 0, і т.д. Незначна величина вхідної напруги, у випадку такого ідеального операційного підсилювача, зумовлює появу на його виході напруги скінченної величини. Виконання умови I_вх = 0, U_вх = 0 відповідає принципу віртуального замикання. На відміну від реального замикання, де U_вх = 0, а I_вх ® ¥, у цьому випадку I_вх = 0.

Дата добавления: 2014-11-18