Инвертирующий ОУ

Параметры ОУ

Операционные усилители (ОУ)

ОУ – это интегральная микросхема представляющая собой многокаскадный усилитель постоянного тока с дифференциальным входным каскадом, большим коэффициентом усиления и глубокой ООС.

Термин «ОУ» возник от первоначального назначения этих усилителей – выполнение математических операций. На основе ОУ можно выполнить более 200 преобразований над сигналами.

Современные ОУ состоят, как правило, из 3-х каскадов, например:

1 каскад – дифференциальный каскад с большим и несимметричным выходом.

2 каскад – усилитель, собранный по схеме ОЭ.

3каскад – двухтактный бестрансформаторный УМ на комплементарной паре.

Обозначение ОУ:

∞

+Еп

-Еп

основное поле дополнительное поле

Равносторонний треугольник на основном поле указывает направление передачи сигнала. Знак означает высокий .

Вход 1 называется инвертирующим (сигнал с него передается на выход

ОУ с изменением фазы на 180 градусов).

Вход 2 – не инвертирующий (сигнал с него передаётся на выход ОУ без

изменения фазы).

На дополнительном поле указываются выводы питания, корпуса, балансировки нуля, коррекции.

1.Коэффициент усиления дифференциального сигнала (часто этот коэффициент называется просто «коэффициент усиления»):

(,т.е. очень велик).

2. Коэффициент ослабления синфазного сигнала: , где

- коэффициент усиления синфазного сигнала

,т.е. велик)

3. Входное сопротивление ОУ. Это сопротивление большое (до десятков÷сотен МОм). Оно обеспечивает поступление на вход ОУ полезного сигнала () практически без потерь – достоинство.

4. Выходное сопротивление ОУ определяется схемой оконечного каскада. Оно мало (), поэтому всё выходное напряжение передаётся в нагрузку практически без потерь – достоинство.

5. Полоса пропускания ПП = (0 ÷ десятки) МГц, т.е. велика.

Вывод: по своим параметрам ОУ приближается к идеальному.

Т.к. ОУ имеет большой коэффициент усиления, то даже малое постоянное дифференциальное входное напряжение, вызванное асимметрией схемы (например, из-за разброса параметров) приведёт к появлению на выходе недопустимо большого постоянного напряжения, что вызовет перегрузку усилителя.

Чтобы этого избежать, в ОУ применяется глубокая внешняя ООС.

Название говорит о том, что входной сигнал подаётся на инвертирующий вход, не инвертирующий вход заземлён. Напряжение обратной связи () также должно подаваться на инвертирующий вход (иначе ОС будет положительной, что недопустимо).

Выводы питания и корпуса опущены.

Считаем, что ОУ близок к идеальному: ; ; .

Пусть на входе положительный потенциал, т.е. > 0.

Рассмотрим . Дробь стремится к бесконечности, если числитель стремится к бесконечности или знаменатель стремится к 0.

к бесконечности стремиться не может, т.к. ограничивается напряжением источника питания, следовательно, 0.

Это означает, что потенциал точки А совпадает с потенциалом точки В и будет равен 0, т.к.точка В имеет нулевой потенциал (соединена с корпусом): (, т.е. ).

Таким образом, через резистор ток течёт слева направо (от бо́льшего потенциала к меньшему). Т.к. , то этот ток будет течь через резистор , минуя усилитель. Поскольку потенциал , а ток течет от большего потенциала к меньшему, то < 0.

Таким образом, произошла инверсия входного сигнала (на входе положительный потенциал, на выходе – отрицательный), отсюда и название ОУ – инвертирующий.

Во входной и выходной цепях протекает один и тот же ток , поэтому можно записать: (*)

2-й закон Кирхгофа: , т.к. , то ,

т.е. все входное напряжение падает на .

Т.к. , то все выходное напряжение падает на .

Минус в выражении (*) стоит потому, что выходное напряжение противофазно входному.

Из выражения (*) находим: .

Учитывая, что: , получаем , где - коэффициент усиления инвертирующего ОУ.

Резистор служит для компенсации сдвига нуля на выходе ОУ (для компенсации дрейфа), вызванного токами смещения.

Дата добавления: 2017-02-01