Идеальный операционный усилитель
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Цель работы: изучить основные характеристики операционного усилителя (ОУ) и принципы построения типовых схем аналоговых устройств на ОУ,научиться проводить расчеты типовых схем и экспериментальную проверку основных характеристик этих схем.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Общие сведения
Операционные усилители - это усилители постоянного тока, имеющие дифференциальный вход, большой коэффициент усиления, по своим усилительным характеристикам приближающиеся к идеальному усилителю, и используемые для выполнения различных операций с электрическими сигналами (усиление, масштабирование, суммирование, вычитание, умножение, интегрирование и др.)
Операционные усилители имеют как минимум 5 выводов. Схемное обозначение операционного усилителя показано на рис. 1.1.
Рис. 1.1 – Обозначение ОУ
Входной каскад ОУ выполняется в виде дифференциального усилителя и имеет два входа – инвертирующий и неинвертирующий. На схемах неинвертирующий вход обозначают знаком «+», а инвертирующий вход обозначают знаком «-» или кружком. Разность входных напряжений Uд = U1 - U2 называют дифференциальным входным напряжением.
ОУ усиливает разность входных напряжений (дифференциальное входное напряжение) :
Uвых = Ku×(U1-U2) = Ku Uд,
где Ku – дифференциальный коэффициент усиления ОУ.
|
|
|
Если оба входа ОУ соединить вместе, то получившаяся схема будет иметь только один вход, а приложенное к нему напряжение называется синфазным UC. Идеальный ОУ не должен усиливать синфазное напряжение, однако в реальных ОУ вследствие различных факторов происходит усиление синфазного напряжения. Отклонение параметров реального ОУ от идеального характеризуется коэффициентом усиления синфазного сигнала КОСС.
Чтобы обеспечить возможность работы ОУ как с положительными, так и отрицательными сигналами используется двухполярное питание. Чаще всего интегральные ОУ рассчитаны на напряжение ±15В. Кроме основных 5 выводов, интегральные ОУ могут иметь еще несколько дополнительных выводов, с помощью которых подключаются внешние цепи коррекции характеристик ОУ.
В преобразователях аналоговых сигналов ОУ всегда применяются с отрицательной обратной связью (ООС), которая уменьшает коэффициент усиления, устраняет искажения и нелинейность, расширяет полосу усиливаемых частот и т.д. Принцип введения ООС показан на рис. 1.2.
Рис. 1.2 – Принцип отрицательной обратной связи
Выход усилителя через цепь обратной связи с коэффициентом передачи b £ 1 связан с его входом. При ООС напряжение на выходе цепи обратной связи вычитается из входного напряжения, и коэффициент усиления схемы вычисляется по формуле:
|
|
|
K = Ku/(1+b×Ku).
Для ОУ, охваченного глубокой ООС, коэффициент усиления схемы вычисляется по формуле:
K ≈ 1/b.
Из этого соотношения следует, что коэффициент усиления схемы с ООС в основном определяется свойствами внешней обратной связи и практически не зависит от параметров самого усилителя. В простейшем случае цепь обратной связи представляет собой резистивный делитель напряжения. При этом схема с ОУ работает как линейный усилитель. Если в качестве цепи обратной связи применяется RC-цепь, то образуется активный фильтр. Наконец, включение в цепь обратной связи ОУ диодов и транзисторов позволяет реализовать нелинейные преобразователи сигналов.
Идеальный операционный усилитель
Идеальный операционный усилитель обладает следующими свойствами:
· дифференциальный коэффициент усиления по напряжению Ku → ¥,
· коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю,
· если входное напряжение Uвх = 0,то выходное напряжение Uвых = 0,
· входные токи по обоим входам равны нулю,
· входное сопротивление Rвх → ¥,
· выходное сопротивление Rвых → 0,
· полоса усиления – бесконечно широкая,
· отклик на изменение входных сигналов – мгновенный.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 62; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!