Особенности Операционных усилителей

Компаратор

Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator — сравнивающее устройство) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:

Входной каскад компаратора должен выдерживать широкий диапазон входных напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, вплоть до размаха питающих напряжений, и быстро восстанавливаться при изменении знака этого напряжения. В ОУ, охваченном обратной связью, это требование некритично, так как дифференциальное входное напряжение измеряется милливольтами и микровольтами.

Выходной каскад компаратора выполняется совместимым по уровням и токам с конкретным типом логических схем (ТТЛ, ЭСЛи т. п.). Возможны выходные каскады на одиночном транзисторе с открытым коллектором (совместимость с ТТЛ и КМОП логикой).

При подаче эталонного напряжения на инвертирующий вход, входной сигнал подаётся на неинвертирующий вход и компаратор является неинвертирующим (повторителем, буфером).

При подаче эталонного напряжения на неинвертирующий вход, входной сигнал подаётся на инвертирующий вход и компаратор является инвертирующим (инвертором).

Операционными усилителями (ОУ) называют высококачественные усилители постоянного тока (УПТ), предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.

Усилители постоянного тока позволяют усиливать медленно изменяющиеся сигналы, так как имеют нулевую нижнюю граничную частоту полосы усиления (fн=0). Соответственно в таких усилителях отсутствуют реактивные компоненты (конденсаторы, трансформаторы), которые не пропускают постоянную составляющую сигнала.

На рис.19,а приведено условное обозначение ОУ. Показанный усилитель имеет один выходной вывод (изображен справа) и два входных (показаны с левой стороны). Знак Δ или > характеризует усиление. Вход, напряжение на котором сдвинуто по фазе на 1800 относительно выходного напряжения, называется инвертирующим и обозначается знаком инверсии ○, а вход, напряжение на котором совпадает по фазе с выходным, – неинвертирующим. ОУ усиливает дифференциальное (разностное) напряжение между входами. Операционный усилитель содержит также выводы для подачи напряжения питания и может содержать выводы частотной коррекции (FC), выводы балансировки (NC). Для облегчения понимания назначения выводов и повышения информативности в условном обозначении допускается введение одного или двух дополнительных полей с обеих сторон от основного поля, в которых указываются метки, характеризующие функции вывода (рис.19,б). В настоящее время операционные усилители выпускаются в виде интегральных микросхем. Это позволяет рассматривать их как отдельные компоненты с определенными параметрами.

а) б)

Рис.19. Условное обозначение операционного усилителя:

а – без дополнительного поля; б – с дополнительным полем; NC – выводы балансировки;

FC – выводы частотной коррекции; U – выводы напряжения питания; 0V – общий вывод

Параметры и характеристики ОУ можно условно разделить на входные, выходные и характеристики передачи.

Входные параметры.

Напряжение смещения нуля Uсм – это потенциал на выходе усилителя при нулевом входном сигнале, который поделен на коэффициент усиления усилителя (единицы – десятки мВ). Данный параметр показывает какой источник напряжения необходимо подключить ко входу ОУ для того, чтобы получить нулевое выходное напряжение.

Входные токи Iвх1, Iвх2 (единицы нА – десятки мкА). Данные токи обусловлены необходимостью обеспечить нормальный режим входного дифференциального каскада ОУ. В случае использования полевых транзисторов это токи всевозможных утечек.

Разность входных токов .

Входное сопротивление для дифференциального сигнала Rвх диф (десятки кОм – сотни МОм).

Входное сопротивление для синфазного сигнала Rвх сф. Данное сопротивление на несколько порядков выше сопротивления для дифференциального сигнала.

Температурные дрейфы напряжения смещения и входных токов. Характеризуют изменение соответствующих параметров с температурой.

Характеристики передачи.

Коэффициент усиления по напряжению КU (103 – 106)

,

где Uвх1, Uвх2 – напряжения на входах ОУ.

Коэффициент передачи синфазного сигнала КU сф

.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала Кос сф

.

Частота единичного усиления f1 – это частота, на которой коэффициент усиления по напряжению равен единице (единицы – десятки МГц).

Скорость нарастания выходного напряжения VUвых – это максимально возможная скорость изменения выходного сигнала.

Выходные параметры.

Максимальное выходное напряжение ОУ Uвых max. Как правило данное напряжение на 2-3 В ниже напряжения источника питания.

Выходное сопротивление Rвых (десятки – сотни Ом).

Дата добавления: 2015-05-06