Операционные усилители

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Апреля 2013 в 20:15, доклад

Краткое описание

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Прикрепленные файлы: 1 файл

ОУ.pptx

— 120.16 Кб (Скачать документ)

Операционные усилители

    • Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.
    • В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

 

История

 

    • Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций (отсюда его название), путём использования напряжения как аналоговой величины. Такой подход лежит в основе аналоговых компьютеров, в которых ОУ использовались для моделирования базовых математическихопераций(сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т. д.). Однако идеальный ОУ является многофункциональным схемотехническим решением, он имеет множество применений помимо математических операций. Реальные ОУ, основанные на транзисторах, электронных лампах или других активных компонентах, выполненные в виде дискретных или интегральных схем, являются приближением к идеальным.

Виды операционных усилителей

 

Разные операционные усилители  в различных корпусах, в том  числе несколько в одном корпусе

 

Ламповый операционный усилитель  K2-W

 

ОУ 741 в корпусе TO-5

Обозначения 

 

    • На рисунке показано схематичное изображение ОУ.
    • Выводы имеют следующее значение:
    • V+: не инвертирующий вход
    • V: инвертирующий вход
    • Vout: выход
    • VS+: плюс источника питания (также может обозначаться как , , или )
    • VS: минус источника питания (также может обозначаться как , , или )

 

Отличия реальных ОУ от идеального 

 

    • Параметры по постоянному току
    • Ограниченное усиление: коэффициент Gopenloop не бесконечен (типичное значение 105 ÷ 106 на постоянном токе).
    • Ненулевой входной ток (или, что почти то же самое, ограниченное входное сопротивление): типичные значения входного тока составляют 10−9 ÷ 10−12 А
    • Ненулевое выходное сопротивление. Данное ограничение не имеет большого значения, так как наличие обратной связи эффективно уменьшает выходное сопротивление каскада на ОУ (практически до сколь угодно малых значений).
    • Ненулевое напряжение смещения: требование о равенстве входных напряжений в активном состоянии для реальных ОУ выполняется не совсем точно — ОУ стремится поддерживать между своими входами не точно ноль вольт, а некоторое небольшое напряжение№
    • Ненулевое усиление синфазного сигнала. Идеальный ОУ усиливает только разницу входных напряжений, сами же напряжения значения не имеют. В реальных ОУ значение входного синфазного напряжения оказывает некоторое влияние на выходное напряжение.

Параметры по переменному  току

    • Ограниченная полоса пропускания. Любой усилитель имеет конечную полосу пропускания, но фактор полосы не особенно значим для ОУ, поскольку они имеют внутреннюю частотную коррекцию для увеличения запаса по фазе.
    • Ненулевая входная ёмкость. Образует паразитный фильтр нижних частот.
    • Ненулевая задержка сигнала. Данный параметр, косвенно связанный с ограничением полосы пропускания, может ухудшить действие ООС при повышении рабочих частот.
    • Ненулевое время восстановления после насыщения .
    • Нелинейные эффекты
    • Насыщение — ограничение диапазона возможных значений выходного напряжения. Обычно выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания.

Области применения

 

    • Предусилители и буферные усилители звукового и видеочастотного диапазона
    • Компараторы напряжения
    • Дифференциальные усилители
    • Дифференциаторы и интеграторы
    • Фильтры
    • Выпрямители повышенной точности
    • Стабилизаторы напряжения и тока
    • Аналоговые вычислители
    • Аналого-цифровые преобразователи
    • Цифро-аналоговые преобразователи
    • Генераторы сигналов
    • Преобразователи ток-напряжение и напряжение- ток

 

Классификация ОУ 

 

По области применения

    • Индустриальный стандарт. Так называют широко применяемые, очень дешевые ОУ общего применения со средними характеристиками. Пример "классических" ОУ: с биполярным входом - LM324 .
    • Прецизионные ОУ имеют очень малые напряжения смещения, применяются в точных измерительных схемах. Обычно ОУ на биполярных транзисторах по этому показателю несколько лучше, чем на полевых AD8551 
    • С малым входным током (электрометрические) ОУ. Все ОУ, имеющие : AD549 
    • Микромощные и программируемые ОУ потребляют малый ток на собственное питание. Такие ОУ не могут быть быстродействующими, так как малый потребляемый ток и высокое быстродействие — взаимоисключающие требовани
    • Низковольтные ОУ работоспособны при напряжении питания 3 В и даже ниже. Как правило, они имеют rail-to-rail выход.
    • Высоковольтные ОУ. Все напряжения для них (питания, синфазное входное, максимальное выходное) значительно больше, чем для ОУ широкого применения.
    • Быстродействующие ОУ имеют высокую скорость нарастания и частоту единичного усиления. Такие ОУ не могут быть микромощными, и как правило выполнены на биполярных транзисторах.
    • Звуковые ОУ. Имеют минимально возможный коэффициент гармоник (THD).
    • Для однополярного питания. CMOS ОУ обеспечивают выходное напряжение, практически равное напряжению питания (rail-to-rail, R2R), биполярные ОУ - примерно на 1.2 В меньше, что существенно при небольших значениях Ucc.
    • Специализированные ОУ. Обычно разработаны для конкретных задач (подключение фотодатчика, магнитной головки, и др.). Могут содержать в себе готовые цепи ООС или отдельные необходимые для этого прецизионные резисторы.
    • Возможны также комбинации данных категорий, например, прецизионный быстродействующий ОУ.

По  типу элементной базы[7]

    • На полевых транзисторах
    • На биполярных транзисторах
    • На электронных лампах (устарели)

 


Информация о работе Операционные усилители