Прецензионные ОУ - позволяющие поддерживать с высокой точностью большой коэффициент усиления. Имеют высокое Rвx и малое Ucm, повышенные скоростные характеристики. Как правило применяют для отдельных функций

_{Схема включения ОУ}

Схема состоит из ОУ, двух разнополярных источников питания +Ек и -Ек, резистора нагрузки и источника входного сигнала ±Uвх.

_{Размещено на http://www.allbest.ru/}

Выходное напряжение ОУ может симметрично изменятся в обеих полярностях относительно нуля, причём если Uвх=0, то и U=0.

_{Это условие баланса нуля.}

_{Если заземлен инвертирующий вход ОУ, то усилитель является неинвертирующим, его передаточная характеристика - 1. В этом случае входной и выходной сигналы ОУ изменяются в одинаковой фазе.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Если заземлен неинвертирующий вход ОУ, то усилитель является инвертирующим, его характеристика - 2. В этом случае входной и выходной сигналы ОУ находятся в противофазе.}

_{Предельная амплитуда выходного сигнала ОУ приближается к 2Ек.}

_{Как и в простейшем ДУ, в реальном ОУ наблюдается разбаланс.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Кривая 1- передаточная характеристика реального ОУ, сбалансированного подачей внешнего напряжения смешения нуля Uсм0.}

_{Кривые 2, 3 соответствуют некоторому собственному смещению нулевого уровня.}

_{Влияние сопротивления нагрузки на амплитуду выходного определяется выходным сопротивлением усилителя и допустимым уровнем тока, при котором не происходит ограничение сигнала в оконечном каскаде.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{С уменьшением Rн возростает падение напряжения на выходном сопротивлениии усилителя Rвых, поэтому амплитута напряжения Uвых на нагрузке уменьшается.}

_{Линейные ООС в операционных усилителях}

1. Инвертирующее включение ОУ (масштабирующий инвертор).

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Если входное сопротивление ОУ достаточно велико, то можно считать, что ток от источника сигнала не втекает в ОУ, следовательно весь ток сигнала может протекать только по резистору R2 создавая на нём падение напряжения которое с большой точностью равно напряжению выходного сигнала Uвых.}

_.

_{В реальности Uвых = kUвх Uсм, пренебрегая идеальностью ОУ можно записать k= R2/R1, Uсм=0, Rвх=R1.}

_{Инвертирующий усилитель наиболее универсальная схема обладающая высокой точностью установки Кu и отсутствием влияния выходного сигнала на входной.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{При необходимости изменения Кu резисторы R1 и R2 могут быть переменными, однако это не всегда удобно.}

_{Для ровного изменения Кu используется схема:}

_{Кu = -( R2 / R1 )}

_{= R1/(R1+R2) (0ч1).}

_{Резистор R3 необходим для управления резкостей входных токов ОУ, вызывающих напряжение смещения.}

_{Минимальное напряжение смещения обеспечивается когда:}

_{R3 = R1R2/(R1+R2)}

_{В схемах резисторы R1 и R2 могут быть равными тогда Кu=1 и усилитель является повторителем входного сигнала.}

_{Повторитель применяется для согласования сопротивления источника сигнала и нагрузки.}

_{Дифференциальная схема ОУ}

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема является сочетанием инвертирующей и неинвертирующей схем.

_{Если R1 = R3; R2 = R4, то}

_{Дифференциальное включение ОУ применяется в схемах предназначенных для подавления синфазной помехи, поскольку коэффициент усиления по инвертирующему и неинвертирующему входу одинаковы по величине и противоположны по знаку.}

_{Другой важной особенностью применения дифференциального усилителя является усиление сигналов от незаземлённых источников.}

_{Инвертирующий сумматор (суммирующий инвертор)}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_,

_{Благодаря тому, что операция суммирования выполняется с высокой точностью, исключается влияние входных сигналов друг на друга.}

2. Не инвертирующие включение ОУ (масштабирующий усилитель)

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Делитель R3 R4 на входе может отсутствовать, тогда Ku=1+R2/R1>1.}

_{Частным случаем не инвертирующего ОУ является повторитель напряжения.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Применение ОУ для усиления токов световых сигналов.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Световой сигнал воспринимается фотодиодом или фотосопротивлением}

_{Входное напряжение схемы определяется как произведение тока IR (или IД) на номинал R. Особенность этих схем в том, что напряжение на фотоэлементах не изменяется и поэтому ток строго пропорционален уровню освещённости.}

_{Нелинейные ОС в усилителях}

Нелинейные ОС вводятся для формирования заданной амплитудной характеристики для применения в аналоговых вычислительных устройствах (квадраторах, умножителях, усилителях, с логарифмической характеристикой).

_{Размещено на http://www.allbest.ru/}

Во всех случаях требуемых характеристик нелинейности реализуется включением в ОС усилителя, элемента или схемы с нелинейной вольтамперной характеристикой соответствующего вида.

_{Размещено на http://www.allbest.ru/}

Поскольку Uос= f(Uвых) то статическая характеристика будет обратной если в ООС включить варистор с вольтамперной характеристикой такого вида (примерно кубической), то вольтамперная характеристика усилителя будет примерно Uвых

_{Вычислитель модуля (точный выпрямитель).}

_{Uвых=f|Uвх|}

_{Вычислителем модуля является например диодный мост, однако напряжение открывания диодов 0,5 - 1В вносит погрешность вычисления малых сигналов.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Для измерительных приборов, определяющих эффективное значение малых сигналов, необходимы вентили с малым порогом открывания.}

_{Статическая характеристика диодного моста.}

_{Снизить погрешность можно включением диодного моста в ООС ОУ. При этом Uоткр уменьшается в 1/Кu раз, ? 10 и сотни раз.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Коэффициент передачи в зоне нелинейности равен R2/R1.}

_{Недостаток схемы является отсутствие связи между общим проводом и нагрузкой.}

_{Недостатком схемы является отсутствие связи между общим проводом и нагрузкой.}

_{Схема детектора нулевого потенциала.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Входной сигнал появляется в момент превышения сигналом нулевого потенциала.}

_{Применяется в индикаторных приборах, для генерации нулевых отметок. Данная схема не имеет гистерезиса.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Порог срабатывания детектора ±0,5 мВ при этом выходная амплитуда может быть ±1,5 В.}

_{Ограничитель на ОУ}

_{Ограничители на дискретных элементах имеют ряд недостатков: температурная нестабильность, разброс параметров и др. Применение интегральных ОУ позволяет существенно улучшить основные характеристики ограничителей. В зависимости от назначения ограничителей применяют различные схемы. Однако все они имеют одну общую особенность: в цепь ООС вводится нелинейные элементы (стабилитроны, диоды или транзисторы).}

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{tgб1=K1=R2/R1 tgб2=K2=Rvd/R1}

_{Rvd - динамическое сопротивление стабилитрона.}

_{Уровни ограничения в этой схеме приблизительно определяются напряжениями стабилизации стабилитронов VD1 и VD2.}

_{С увеличением |Uвх| увеличивается |Uвых| и напряжение на одном из стабилитронов, включенном в обратном направлении, достигает напряжения стабилизации Uст, при котором происходит его пробой.}

_{Дальнейшее возрастание |Uвх| увеличивает ток через стабилитрон, но напряжение на них |Uст| + Uпр практически не изменяется, т.е. после пробоя одного из стабилитронов напряжение на выходе ОУ ограниченно на уровне:}

_{Uвых =|Uст| + Uпр Uст,}

_{где Uпр - падение напряжения на стабилитроне включённом в прямом направлении (Uпр = 0,7 - 0,8 В).}

_{Когда Uвых изменит свою полярность и по абсолютному значению станет равным |Uст| + Uпр, пробьётся второй стабилитрон и другая полуволна выходного напряжения будет ограничена на уровне Uвых =|Uст| + Uпр.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Если на вход ограничителя подать синусоидальный сигнал, то на выходе сигнал будет ограниченный.}

_{Недостаток такого ограничителя - невозможность регулирования уровней ограничения, определяемых типом выбранных стабилитронов.}

_{Логарифмирующие схемы усиления сигналов}

_{Для построения схем с логарифмическими передаточными функциями используются вольтамперная характеристика p-n перехода.}

_{Для вычислительных полупроводниковых приборов эта характеристика моделируется формулой}

_{где Ud - напряжение на диоде;}

_{Id - ток диода,}

_{Is - обратный ток утечки p-n перехода,}

_{N - постоянный множитель.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Ток диода в этой схеме определяется напряжением сигнала Uвх и сопротивлением нормирующего резистора R.}

_{Id= Uвх/ R поэтому напряжение на диоде или на выходе равно:}

_{величиной N·lg(R·Is) можно пренебречь, поскольку Is - очень мал.}

_{Таким образом}

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Обратное преобразования антилогариф-мирования выполняется также с помощью вольтамперной характеристики p-n перехода.}

_{Учитывая, что а UD=Uвх получаем}

_{Используя логарифмические свойства p-n переходов можно строить разнообразные нелинейные схемы.}

_{К примеру на основе логарифмирующей схемы можно разрабатывать схемы извлечения алгебраических корней, а учитывая свойства логарифмов выполнять операции умножения и деления сигналов.}

_{Усилители с линейными частотозависимыми ОС}

_{Инвертирующий интегратор}

Устройства, в которых ОУ используются совместно с реактивными элементами цепи ОС, имеют весьма широкое распространение.

_{Размещено на http://www.allbest.ru/}

Интегратор аналоговых сигналов является самым простым устройством с реактивным элементом в цепи ОС.

Если на вход интегратора подан сигнал Uвх, то во время переходного процесса усилитель находится в линейном режиме. Через резистор R1, течёт ток переходного процесса.

,

Uвх- = 0 - потенциал точки суммирования.

Так как во входную цепь ОУ ток сигнала не втекает , ток через конденсатор С протекает ток заряда iС = -iR, поэтому напряжение на конденсаторе соответствует интегралу входного сигнала Uвх.

_{Таким образом}

_,

_{где Т - постоянная времени интегрирования T=R1·C.}

_{Интегратор является усилителем низких частот.}

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{входной сигнал усилитель операционный}

_{Неинвертирующий дифференциатор}

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

_{Схема идеального дифференциатора применяется редко, и даже можно сказать, что она не соответствует полностью идеальному дифференциатору поскольку конденсатор обладает также каким то сопротивлением, а также на выходе возможны большие сигналы выходящие в ограничения.}

_{Реальный дифференциатор работает только в определенной частоте частот т.е. является фильтром, или усилителем высоких частот.}

Если на вход дифференциатора подать напряжение Uвх, то оно будет практически полностью приложено к конденсатору С, так как Uвх- = 0 поэтому через конденсатор потечет ток заряда iC = C•(dUвх/dt) который по уровню равен току проходящему через резистор ОС.

_{IR1 = -iС = -(dUвх/dt)•C}

_{Таким образом}

_{Uвых = iR•R = -RC•(dUвх/dt),}

_{где RC - постоянная времени дифференцирования.}

_{Фильтры.}

На основе ОУ и как минимум двух реактивных элементов можно проектировать усилителям, имеющие свойства фильтров: резонансных, режекторных, а также пропускающих нижние или высокие частоты.

Фильтры пропускающие высокие частоты называют фильтром ФВЧ, низкие ФНЧ.

Фильтры пропускающие сигналы в некоторой полосе частот называют полосно-пропускающими фильтрами ППФ, а задерживающие сигналы в некоторой полосе частоти- ПЗФ или режекторами.

Полоса частот фильтра в которой модуль коэффициент передачи не превышает некоторого заданного значения называют полосой задерживания.

Рассмотрим схемы полосовых усилителей низких и высоких частот.

Размещено на http://www.allbest.ru/

где щср - требуемая частота среза характеристики. Как правело R1=R2.

ППФ и ПЗФ представляют собой стуртуры включающие ФВЧ и ФНЧ.

Для ППФ определяются такой параметр как добротность Q. Q=щ0/Дщ