Вопросы для самопроверки. Тема 4.18 Операционные усилители

Тема 4.18 Операционные усилители

Вопросы для самопроверки

1. Назначение дифференциальных усилителей.

2. Нарисуйте схему дифференциального усилителя.

Дифференциальные усилители в интегральном исполнении

Операционные усилители (ОУ) это универсальные многофункциональные усилители, основа элементов базы современной аналоговой электроники. ОУ будет тем точнее реализовывать заданные для него конкретной схемой включения функции, чем ближе будут приближаться его параметры к параметрам идеального усилителя.

Свойства идеального ОУ:

- бесконечно большой коэффициент усиления напряжения;

- равное нулю выходное напряжение при нулевом напряжении входного сигнала;

- бесконечно широкая полоса пропускания;

- бесконечно большое входное сопротивление;

- нулевое выходное сопротивление.

Необходимые в каждом конкретном случае свойства усилительных устройств на ОУ можно получить путём подключения различных внешних цепей обратной связи, включающие линейные, нелинейные, частотно-зависимые и другие элементы.

Изучите принципиальную схему простейшего полупроводникового ОУ [с. 232, рис. 8.10]. Практические схемы усилителей с использованием приведены в [с.235-236] и функциональные схемы включения ОУ [с.235-236], позволяют ознакомиться с возможными вариантами применения ОУ.

1. Каковы свойства идеального ОУ?

2. Нарисуйте структурную схему ОУ.

3. Нарисуйте схему сумматора на ОУ.

4. Нарисуйте схему интегратора на ОУ.

Лабораторная работа №15.

Исследование ОУ.

Цель работы: исследовать работу операционного усилителя.

Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель с большим коэффициентом усиления и непосредственными связями, применяемый в основном в качестве активного элемента в схемах с обратными связями.

Интегральный ОУ почти всегда конструируется по структурной схеме рис.1 с небольшими отклонениями, например, может быть три каскада усиления напряжения, может не быть схемы защиты выхода от короткого замыкания.

Микросхема К14ОУД1 представляет собой операционный усилитель общего назначения

В зависимости от значений напряжений питания и других электрических параметров она делится на группы А, Б и В. Микросхема К14ОУД1А имеет номинальное напряжение питания 6,3В, а К14ОУД1Б и К14ОУД1В имеют напряжения питания 12,6В. Вывод 4 микросхемы при применении может оставаться или соединяться с корпусом. Заземлять вывод 4 рекомендуется в случае работы микросхемы при больших входных сигналах, во избежание искажений положительного полупериода выходного сигнала. При работе микросхемы с малыми сигналами или когда форма ограниченного выходного напряжения не имеет существенного значения, вывод 4 заземлять не рекомендуется.

Контрольные вопросы,

1. Основные параметры ОУ.

2. Характеристики ОУ.

3. Область применения ОУ.

Литература

1. Гершунский Б.С. Киев В. Школа 1989 г. «Основы электрики и микроэлектроники» стр.324-331

Практическое занятие №5.

Ознакомление с промышленными сериями ОУ.

Цель занятия: Ознакомление с промышленными сериями ОУ.

Основные параметры серийных ИМС ОУ.

1. Коэффициент усиления Ку— отношение изменения выходного напряжения ∆Uвых к вызвавшему его изменению дифференциального входного напряжения ∆ U_BX (где ∆U_вх= U_диф = (U₊ - U_- ) — разность входных сигналов). ИМС ОУ имеют коэффициенты усиления от тысяч до нескольких миллионов.

2. Входное напряжение смещения U_cм — дифференциальное входное напряжение, при котором выходное напряжение усилителя равно нулю. Максимальное (по модулю) значение U_CM для ОУ, входные ступени которых выполнены на биполярных транзисторах, равно примерно 3... 10 мВ. Если на входе ОУ использованы полевые транзисторы, U_cм = 30... 100 мВ. Значение U_см зависит от температуры и напряжения питания.

3. Средний входной ток I_вх — среднее арифметическое значение токов инвертирующего и неинвертирующего входов усилителя, измеренное при таком входном напряжении, при котором выходное напряжение равно нулю. Входные токи — это токи смещения баз (в биполярных транзисторах), обеспечивающие рабочий режим, или токи утечки затворов (в полевых транзисторах). Средний входной ток ОУ с входными ступенями на биполярных транзисторах примерно равен 0,1... 1 мкА. При использовании полевых транзисторов входной ток не превышает 1 нА.

4. Разность значений входного тока ∆I_вх — абсолютная разность значений токов обоих входов усилителя, измеренных при напряжении на выходе ОУ, равном нулю. Эта разность характеризует степень симметрии входных ступеней ОУ.

5. Входное сопротивление ОУ — совокупность двух составля­ющих: входного сопротивления сигналу, измеряемого между входами (так называемого дифференциального входного сопротивления R_вх.диф), и входного сопротивления синфазному сигналу (сопротивления утечки R_Умежду входом и общим проводом). Входное дифференциальное сопротивление биполярных ОУ находится в пределах от 10 кОм до 10 МОм, а синфазное сопротивление составляет более 100 МОм.

6. Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ос.сф — отношение коэффициента усиления дифференциального сигнала К_диф к коэффициенту усиления синфазного сигнала К_сф. Обычно А_ос.сф = 60...80 дБ. Чем больше К_ос.сф, тем меньшую разность входных сигналов сможет различать ОУ на фоне большого синфазного напряжения.

7. Выходное сопротивление R_вых — сопротивление, определяемое выходным каскадом и обычно составляющее 100...500 Ом.

8. Частота единичного усиления f₁ — частота, на которой ИМС имеет коэффициент усиления К= 1. Обычно f₁ = 1... 10 МГц.

9. Частота среза f_cp — частота, на которой коэффициент усиления ОУ составляет 0,7 коэффициента усиления К постоянного напряжения. Обычно значения f_ср находятся в диапазоне от сотен герц до сотен килогерц. Заметим, что при наличии обратной связи f_ср увеличивается в Кβ раз (где β — доля выходного напряжения, передаваемая по цепи обратной связи на вход).Так как для усилителя постоянного тока нижняя граничная частота f_н = 0, то ширина его полосы пропускания равна верхней граничной частоте f_B. Поэтому частоты f_В и f_СР ИМС ОУ нередко называют соответственно полосой единичного усиления и поло­сой усиления на уровне 0,7.

10.Скорость нарастания выходного напряжения v = ∆ U_вых/∆t — скорость, измеряемая при подаче ступенчатого напряжения на вход ИМС ОУ и коротком замыкании выхода на инвертирующий вход. Обычно v = 0,1...5,0 В/мкс. Ограниченность v обусловлена наличием емкостных связей внутри ИМС и вне ее.

Изучить ИМС ОУ 544УД1

Изучить ИМС ОУ 153УД6

Контрольные вопросы

1. Основные параметры серийных ИМС

2. Особенности ИМС ОУ 153УД6

3. Особенности ИМС ОУ 544УД1

4. Литература: «Электронная техника» В.Ш. Берикашвили, А.К. Черепанов.

Дата добавления: 2015-06-27