Параметры операционных усилителей

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 13Следующая ⇒

1. Напряжение питания U_{ПИТ.НОМ}=2´(5…16,5)В.

2. Ток потребления I_ПОТ=(0,15…10)мА.

3. Коэффициент усиления K_U=10³…10⁵.

4. Напряжение смещения U_СМ=(0,5…20)мВ. Это напряжение, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы U_ВЫХ=0.

5. Входной ток I_ВХ=(0,1…1000)нА.

6. Разность входных токов DI_ВХ=(0,05…500)нА.

7. Входное сопротивление R_ВХ=5кОм…50Мом.

8. Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ОС.СФ=(60…100)Дб.

9. Максимальное синфазное напряжение U_C_Ф._MAX=(10…30)В.

10. Максимальное дифференциальное напряжение U_ДФ._MAX=(5…30)В.

11. Максимальное выходное напряжение U_ВЫХ._MAX=(10…12)В.

12. Минимальное сопротивление нагрузки R_Н._MIN=2кОм.

13. Частота единичного усиления f₁=(0,5…30)МГц.

14. Скорость нарастания выходного напряжения V_U=(0,2…500)В/мкс.

Классификация ОУ

1. ОУ общего применения.

2. Прецизионные ОУ имеют большой К_У(3*10⁵), малое U_C_М (0,05мВ), большое R_ВХ (30 МОм).

3. Быстродействующие ОУ с высоким значением V_U.

4. Микромощные ОУ с малым током потребления.

Основные схемы включения ОУ.

Инвертирующее включение ОУ

ОУ обычно применяется с обвязывающими цепями. Применение этих цепей позволяет выполнять с помощью его математические операции:

алгебраическое суммирование, интегрирование, дифференцирование. Инвертирование - это изменение знака. Одновременно со всеми указанными операциями выполняется усиление входного сигнала.

На основе свойств ОУ можно записать следующие уравнения:

Iвх=Uвх/Zвх;

Iос=Iвх;

Iос= -Uвых/Zос.

На основе этих уравнений получаем:

-Uвых/Zос=Uвх/Zвх;

Uвых= -Zос/Zвх´Uвх;

Uвых/Uвх= -Zос/Zвх,

где Zос/Zвх=Ку -коэффициент усиления схемы.

Отношение Uвых/Uвх в случае, если каждая из этих величин записана в преобразовании Лапласа, называется передаточной функцией схемы.

Понятие передаточной функции - одно из основополагающих понятий теории управления.

Применение инвертирующего усилителя в качестве интегратора

В нём: Zвх=Rвх; Zос=1/pCос. Тогда

-Uвых/Uвх=1/(pCос´Rвх)=1/pТ_и,

где Т_и=Сос´Rвх-постоянная интегрирования.

Получение этих же зависимостей с помощью подробного описания

на основе двух свойств ОУ:

i_вх=u_вх/Rвх;

i_вх=i_ос.

Выходное напряжение ОУ:

u_вых= –1/Cосòi_осdt= –1/Cосò(u_вх /Rвх)dt= –1/(CосRвх)òu_вх dt Þ –1/(pСосRвх)´Uвх.

Схема дифференцирования

Zвх=1/pСвх; Zос=Rос;

-Uвых/Uвх=Rос/(1/ рСвх)= рСвхRос=рТд,

где Тд=СвхRос - постоянная дифференцирования.

p/2 -сдвиг по фазе.

Амплитуда выходного сигнала зависит от Тд (чем больше Тд, тем больше

амплитуда).

Схема суммирования

Исходные уравнения:

I1=Uвх1/Rвх1; I2=Uвх2/Rвх2; I3=Uвх3/Rвх3; Iос=I1+I2+I3; Uвых=Iос´Rос.

Отсюда

Uвых= Uвх1´Rос/Rвх1 + Uвх2´ Rос/Rвх2 + Uвх3´Rос/Rвх3.

Входов может быть сколько угодно, знаки входных напряжений произвольны.

Если в качестве Zос применить Cос, то одновременно с суммированием будет выполняться и интегрирование.

На практике резисторы устанавливаются величиной 1кОМ¸десятки кОМ.

Активные фильтры

Фильтры применяются для выделения постоянной составляющей в изменяющемся от времени сигнале. Фильтрация требуется, например, для выходного напряжения выпрямителей, выходного напряжения широтно-импульсного регулятора.

Фильтр первого порядка

Uвых(р)/Uвх(р) -передаточная функция. ОУ работает в линейном режиме (все свойства действуют). Исходные уравнения:

Uвых(р)/Uвх(р)=Zос/Zвх;

Zос=(R2´(1/pС))/(R2+1/pС)=R2/(pR2C+1); Zвх=R1.

Тогда

Uвых/Uвх=R2/R1/(pR2C+1).

Если рÞd/dt, то Uвых´рСR2+Uвых=(R2/R1)´Uвх. Решение этого дифференциального уравнения ищется в виде экспоненты.

Неинвертирующее включение ОУ

Исходные уравнения:

I1=Uвх/R1; I1=Iос; Iос=(Uвых-Uвх)/Rос.

Отсюда

Uвх/R1=(Uвых-Uвх)/Rос; Uвх/R1+Uвх/Rос=Uвых/Rос.

Следовательно,

Uвых=(Rос/R1+1)´ Uвх =(Rос+R1)/R1´Uвх

или

Uвых/Uвх=(Rос+R1)/R1.

Ограничители сигналов на ОУ

Применение нелинейных элементов позволяет реализовать нелинейную связь между входным и выходным напряжениями. Обычно это выполняется с помощью инвертирующего включения. При этом tga=Rос/Rвх.

Схема, реализующая характеристику без положительных значений выходного напряжения.

Ограничение выходного напряжения на заданном уровне может быть выполнено с помощью схемы.

1. При Uвх>0:

если U_ОС³U_VD1+U_СТ2, то Uвых=U_ОГР1=U_VD1+U_СТ2,

т.е. напряжение на цепи обратной связи будет постоянным.

2. При Uвх<0:

если ½U_ОС½³½U_VD2+U_СТ1½, то Uвых=U_ОГР2=U_VD2+U_СТ1.

Когда U_СТ1 не равно U_СТ2, уровень ограничения U_ОГР1 будет не равен уровню ограничения U_ОГР2. Отметим, что Uвых всегда равно падению напряжения на сопротивлении обратной связи.

Схема прецизионного выпрямителя

Нелинейность прямой ветви ВАХ диода делает неточным выпрямление малых переменных сигналов, т.к. реальный диод перестает проводить ток при напряжениях в прямом направлении, менее примерно 0,6 В. ОУ позволяет построить прецизионный выпрямитель, который будет точно выполнять операцию выпрямления малых по величине переменных напряжений. Схема прецизионного выпрямителя показана на рис.

Здесь диод VD1 выполняет функцию однополупериодного выпрямления, напряжение на выходе ОУ DA1 – это инвертированное входное положительное напряжение, которое равно напряжению на резисторе R2 (напряжение на VD1 не участвует в формировании выходного напряжения). При отрицательном входном

напряжении напряжение на выходе ОУ DA1 равно положительному падению на диоде VD2, которое является обратным напряжением для диода VD1 и не проходит на выходную нагрузку.

Компараторы

Компараторы определяют знак входного сигнала. Компараторы являются связующим элементом между аналоговыми и цифровыми схемами. Для реализации компаратора может использоваться операционный усилитель без обвязывающих цепей Zвх, Zос. Чтобы из инвертирующего включения получить компаратор, из схемы необходимо убрать Rос. R1 можно закоротить, как показано на рис. 94. Возможно и неинвертирующее включение ОУ.

Выпускаются специализированные микросхемы компараторов: К521СА3, К554СА3, КР597СА2 и др. Специализированные компараторы обладают повышенным быстродействием и имеют цифровой выход 1 и 0.

Схема применения компаратора

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 315; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!