диапазоном изменения выход-ного напряжения.

Операционные усилители

Общие сведения

Операционный усилитель (ОУ) это усилитель постоянного тока, приспособленный к работе с цепями отрицательной обратной связи.

То есть, ОУ должен непременно иметь инвертирующий вход, подача на который выходного сигнала или его части соответствует опреде-лению отрицательной обратной связи.

Современный ОУ имеет два входа:

- неинвертирующий (прямой) и

- инвертирующий.

Условное обозначение ОУ:

а)

б) в)

Рис. 5.11.

Усилитель реагирует на разность входных сигналов, то есть справедливо:

U_out=K_u•(U₊-U_),

где U_out - выходное напряжение,

К_и - коэффициент усиления усилителя по напряжению,

U₊ и U_ - напряжения на прямом и инвертирующем входах соответ-ственно.

Кроме коэффициента усиления по напряжению ОУ характеризуют:

- входным дифференциальным сопротивлением,

- входным током,

- напряжением смещения нуля,

- температурным дрейфом нуля,

- полосой пропускания,

- скоростью слежения, то есть максимальной скоростью изме-нения выходного сигнала,

- диапазоном изменения выход-ного напряжения.

Идеальный ОУ должен обладать:

- стремящимся к бесконечности коэффициентом усиления и высоким входным сопротивлением,

- полоса пропускания ОУ должна начинаться с нулевой частоты и простираться до бесконечности.

Во многих применениях реальный усилитель имеет достаточно хорошие параметры, что позволяет пренебречь его входными токами и считать его коэффициент чрезвычайно большим.

Это позволяет значительно упростить расчёт схем с операционными усилителями.

При использовании операционных усилителей с цепями отрицательной обратной связи для расчёта схемы можно пользоваться двумя простыми правилами:

• входное сопротивление усилителя чрезвычайно велико, что позволяет не учитывать входной ток;

• усилитель за счёт обратной связи всегда обеспечивает равенство напряжений на своих входах: U₊ = U-.

Чтобы иметь возможность формировать на выходе ОУ напряжение любой полярности, усилители питают от двух разнополярных источников напря-жения, например, ±15В.

Можно запитывать и от однополярного напряжения с формированием среднего уровня на прямом входе ОУ с помощью, например, резисторного делителя.

Операционные усилители находят широкое применение в составе решающих усилителей анало-говых вычислительных устройств.

Решающий усилитель - это усилитель, выполняющий в аналоговом виде какие-либо математические операции.

Известным достоинством аналоговых устройств является возможность работы в реальном времени и высокое быстродействие.

Но в настоящее время наибольшее применение ОУ находят в измерительной технике, в различных узлах и устройствах специального приме-нения.

Например, ОУ используются в:

- АЦП и ЦАП,

- в составе стабилизаторов напряжения, в источниках питания, ЭВМ и др.

Рассмотрим возможности ОУ при выполнении математических операций.

Масштабирующие

усилители

Масштабирующие усилители используются для умножения аналогового входного сигнала на константу, определяемую соот-ношением применяемых для замыкания отрицательной обратной связи резисторов.

Поскольку стабильность коэффициента определяется стабильностью отношения сопротивлений резисторов и практически не зависит от свойств ОУ, можно достич высокой точности установки коэффициента усиления всего усилителя.

Усилитель с точным и стабильным коэффициентом усиления считается измерительным.

Выделим две основные схемы масштабирующих усилителей:

- инвертирующую полярность и

- неинвертирующую полярность входного сигнала.

Схема инвертирующего полярность масштабирующего усилителя предложена на рисунке 5.13а.

Для этого усилителя справедливо равенство: Кос = –R2/R1,

где Кос – коэффициент усиления по напряжению с замкнутой обратной связью.

Докажем справедливость предло-женного выражения.

а)

в)

12 3 Следующая ⇒