Это интересно!
Операционный усилитель? Это очень просто!
Типы операционных усилителей
Дорога в десять тысяч ли начинается с первого шага. Дело было вечером, делать было нечего… И так вдруг захотелось спаять что-нибудь. Спаять — так спаять. Компьютер имеется, Интернет подключен. И вдруг оказывается, что схем для задуманного сабжа — вагон и маленькая тележка. Опыта нет, знаний маловато. Некоторые из них содержат какие-то прямоугольнички, треугольнички. Усилители, да еще и операционные… Как они работают — непонятно. Выбираем, что попроще, на знакомых транзисторах! Выбрали, спаяли, включили… HELP!!! А для офисной работы достаточно и самого простого. Так же и с транзисторами. Спаять на них схему мало. Надо еще уметь её настроить. А для этого зачастую требуется опыт отнюдь не начального уровня. Так что же, бросать увлекательное занятие? С ними работать, оказывается, во многих случаях намного проще, чем с отдельными транзисторами. ЕСЛИ ЗНАТЬ — КАК! Для начала, в принципе, не так уж и важно, как именно ОУ устроен внутри. Пока что просто допустим, что параметры ОУ близки к идеальным и рассмотрим, только то, какой сигнал будет на его выходе, если какие-то сигналы подавать на его входы. Итак, операционный усилитель ОУ является дифференциальным усилителем постоянного тока с двумя входами инвертирующим и неинвертирующим и одним выходом. Кроме них ОУ имеет выводы питания: Эти пять выводов имеются в почти любом ОУ и принципиально необходимы для его работы. Существуют ОУ и не имеющие одного из входов. Либо инвертирующего инверторы , либо неинвертирующего повторители, буферы , но они применяются редко и мы их рассматривать не будем. ОУ может иметь и дополнительные выводы для балансировки и частотной коррекции, но эти выводы и их функции мы также сейчас рассматривать не будем. Это задача более продвинутого изучения как внутренней структуры ОУ, так и их работы. ОУ имеет огромный коэффициент усиления, как минимум, …, а реально — намного больше. Поэтому, в первом приближении, можно даже допустить, что он равен бесконечности. Правда, ОУ первых разработок КУД1 или, как он тогда маркировался, К1УТ — отечественная реплика uA имел коэффициент усиления всего Верхний диапазон частот частотный диапазон , усиливаемых ОУ сигналов зависит от многих причин, таких, как частотные характеристики транзисторов, из которых он состоит, коэффициента усиления схемы, построенной с применением ОУ и т. Столь большое сопротивление входов означает, что на входной сигнал они практически не влияют. Поэтому с большой степенью приближения к теоретическому идеалу можно считать, что ток во входы ОУ не течет. Это — первое важное правило, которое применяется при анализе работы ОУ. Прошу хорошо запомнить, что оно касается только самого ОУ , а не схем с его применением! При тщательном поиске в Гугле, к своему великому удивлению, внятного толкования смысла этого термина в отношении аналогового сигнала в электротехнике я не нашел. Видимо, оно подразумевается настолько очевидным, что даже в пояснениях не нуждается. Одно из определений, гласящее: Один непонятный термин описывается другим, также непонятным термином. Поэтому попробуем всё же сформулировать данное понятие самостоятельно, не привязываясь к принципам работы собственно ОУ. Иными словами, инверсия — это зеркальное отражение отзеркаливание сигнала относительно горизонтальной оси Х оси времени. Особо следует отметить, что к нулевой линии как на Рис. Сигналы могут быть инверсными и асимметрично. Например, оба только в области положительных значений Рис. Возможны и другие варианты. Главным условием является их взаимная зеркальность относительно какого-то произвольным образом выбранного уровня например, искусственной средней точки, о которой речь также будет вестись дальше. Иными словами, полярность сигнала тоже не является определяющим фактором. Изображают ОУ на принципиальных схемах по-разному. За рубежом ОУ раньше изображались, да и сейчас очень часто изображаются в виде равнобедренного треугольника Рис. Эти символы совершенно не означают, что на соответствующих входах потенциал должен быть более положительным или более отрицательным, чем на другом. Они просто-напросто указывают, как реагирует потенциал выхода на потенциалы, подаваемые на входы. В системе отечественных условных графических изображений УГО до вступления в силу ГОСТ 2. При обозначении ОУ на схемах инвертирующий и неинвертирующий входы можно менять местами, если так удобнее, однако, традиционно инвертирующий вход изображается вверху, а неинвертирующий — внизу. Выводы питания, как правило, всегда располагают единственным способом положительный вверху, отрицательный — внизу. Часто выводы питания на схеме не рисуют, дабы не загромождать её несущественными деталями например, при изображении одного усилителя из микросхемы с несколькими ОУ с общими выводами питания. Все эти значки на реальной схеме соединены вместе одной шиной. Обратной связью называется эффект подачи части выходного напряжения усилителя на его вход, где оно алгебраически с учетом знака суммируется с входным напряжением. О принципе суммирования сигналов речь пойдет ниже. В зависимости от того, на какой вход ОУ, инвертирующий или неинвертирующий, подается ОС, различают отрицательную обратную связь ООС , когда часть выходного сигнала подается на инвертирующий вход Рис. В первом случае, поскольку выходной сигнал является инверсным по отношению ко входному, он вычитается из входного. В результате общее усиление каскада снижается. Во втором случае — суммируется со входным, общее усиление каскада повышается. На первый взгляд может показаться, что ПОС имеет положительный эффект, а ООС — совершенно бесполезная затея: Именно так и посчитали патентные эксперты США, когда в г. Блэк попытался запатентовать ООС. Однако, жертвуя усилением, мы существенно улучшаем другие важные параметры схемы, как, например, её линейность, частотный диапазон и пр. Чем глубже ООС, тем меньше характеристики всей схемы зависят от характеристик ОУ. Глубина ООС показывает, во сколько раз изменяется коэффициент усиления схемы под её влиянием по сравнению с её отсутствием без ООС. Выражается обычно в логарифмическом масштабе — децибелах. Поскольку мы договаривались, что формул в данной статье почти не будет, отмечу только, что чем меньше её цифровое значение, тем глубже ООС. А вот ПОС учитывая собственное огромное усиление ОУ , имеет обратное влияние на характеристики схемы и самое неприятное — вызывает ее самовозбуждение. Она, конечно, тоже используется осознанно, например, в генераторах, компараторах с гистерезисом подробно об этом — далее и т. Поскольку ОУ имеет два входа, то возможны такие основные виды его включения с использованием ООС Рис. Для анализа работы этих схем следует учесть второе важнейшее правило , которому подчиняется работа ОУ: Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы разность напряжений между его входами была равна нулю. Вместе с тем, любая формулировка должна быть необходимой и достаточной , чтобы ограничить всё подмножество подчиняющихся ей случаев. Если внимательно рассмотреть схемы на Рис. Напряжение на выходе ОУ, охваченном ООС, стремится к тому, чтобы потенциал на инвертирующем входе уравнялся с потенциалом на неинвертирующем входе. Правило 2 действительно только для ОУ, охваченных ООС. При отсутствии любой ОС, либо при наличии ПОС, Правило 2 не действует! Виртуальный объект ведет себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности, т. При использовании однополярного питания о чем будет вестись речь ниже , да и во многих других схемах включения, ни на неинвертирующем, ни на инвертирующем входах ноля не будет. Поэтому давайте договоримся, что этот термин мы применять не будем, поскольку он мешает начальному пониманию принципов работы ОУ. Вот с этой точки зрения и разберем схемы, приведенные на Рис. Кроме того, анализ будет проводить по постоянному току, так как изменяющийся переменный сигнал в каждый момент времени тоже можно представить как выборку значений постоянного тока. Во всех случаях обратная связь через Rоос заведена с выхода ОУ на его инвертирующий вход. Различие заключается только в том, на какие из входов подается входное напряжение. Допустим, что сопротивления Rоос и Rвх равны друг другу и составляют 1 кОм в сумме их сопротивление равно 2 кОм. Исключительно для того, чтобы оперировать с целыми и круглыми величинами например, 1 кОм — 1 В — 1 мА. О том, какими они должны быть в реальности, речь пойдет отдельно. Согласно Правилу 2, на инвертирующем входе должно быть такой же потенциал, как и на зануленном неинвертирующем, т. Согласно закону Ома по нему будет протекать ток I вх. Направление протекания этого тока показано стрелкой. В электротехнике направление движения электрического тока традиционно принято обозначать от плюса к минусу. Хотя в действительности он обусловлен перемещением электронов, имеющих отрицательный заряд, но этот факт был открыт намного позже, чем само явление электричества. Так что не будем отходить от традиций. Поскольку Rоос и Rвх включены делителем, а согласно Правилу 1 входы ОУ тока не потребляют, то для того, чтобы в средней точке этого делителя напряжение составляло 0 В, к правому выводу Rоос должно быть приложено напряжение минус 1 В, а протекающий по нему ток I оос также должен быть равен 1 мА. Если на вход подать напряжение отрицательной полярности, на выходе ОУ будет напряжение положительной полярности. Всё то же самое, только стрелки, показывающие протекание тока через Rоос и Rвх будут направлены в противоположную сторону. Таким образом, при равенстве номиналов Rоос и Rвх, напряжение на выходе ОУ будет равно напряжению на его входе по величине, но инверсное по полярности. И мы получили инвертирующий повторитель. Эта схема нередко применяется, если нужно проинвертировать сигнал, полученный с помощью схем, принципиально являющихся инверторами. Чтобы в его средней точке остался потенциал 0 В равный потенциалу неинвертирующего входа , через Rоос должен протекать тот же ток 1 мА , что и через Rвх. Следовательно, падение напряжения на Rоос напряжение на выходе ОУ должно составлять уже 2 В. На выходе ОУ напряжение равно минус 2 В. Увеличим номинал Rоос до 10 кОм. Теперь напряжение на выходе ОУ при тех же остальных условиях составит уже 10 В. Наконец-то мы получили инвертирующий усилитель! Его выходное напряжение больше входного иными словами, коэффициент усиления Ку во столько раз, во сколько раз сопротивление Rоос больше, чем сопротивление Rвх. Как я ни зарекался не применять формулы, давайте всё-таки отобразим это в виде уравнения: Знак минус перед дробью правой части уравнения означает только то, что выходной сигнал инверсен по отношению ко входному. А теперь давайте увеличим сопротивление Rоос до 20 кОм и проанализируем, что получится. Ан не тут-то было! Но даже 15 В получить не удастся почему так — чуть ниже. Баланс равенства токов через делитель RоосRвх I вх. Правило 2 перестает действовать. Входное сопротивление инвертирующего усилителя равно сопротивлению Rвх, поскольку через него протекает весь ток от источника входного сигнала GB. Перемещая движок Rоос влево уменьшая его сопротивление усиление схемы будет снижаться и, наконец, при крайнем левом его положении станет равным нулю, поскольку числитель в приведенной выше формуле станет равным нулю при любом значении знаменателя. На выходе будет ноль также при любом значении и полярности входного сигнала. Такая схема часто применяется в схемах усиления звуковых сигналов, например, в микшерах, где приходится регулировать усиление от нуля. Например, КУД1 желательно использовать с Ку более 6. На первом этапе анализа также примем сопротивления Rоос и Rвх равными друг другу и составляющими 1 кОм. Странно, не так ли? Номиналы те же, что и в инвертирующем включении различие только в том, что сигнал подан на другой вход , а усиление налицо. Разберемся в этом чуть позже. Теперь увеличиваем номинал Rоос до 2 кОм. Чтобы сохранить баланс токов I вх. Увеличиваем номинал Rоос дальше, до 10 кОм. На выходе ОУ выходное напряжение теперь должно быть уже 11 В. Если сравнить значения Ку при неинвертирующем включении с инвертирующим, при тех же номиналах Rоос и Rвх, то получается что коэффициент усиления во всех случаях больше на единицу. Почему же так происходит? ООС действует точно так же, как и при инвертирующем включении, но согласно Правилу 2, к потенциалу инвертирующего входа в неинвертирующем включении всегда прибавляется потенциал неинвертирующего входа. Так что же, при неинвертирующем включении нельзя получить усиление, равное 1? Почему же нельзя — можно. Давайте уменьшать номинал Rоос, аналогично тому, как мы анализировали Рис. При его нулевом значении — перемыкании выхода с инвертирующем входом накоротко Рис. Ну, а поскольку инвертирующий вход тока не потребляет и разности потенциалов между ним и выходом нет, то и никакой ток в этой цепи не протекает. Rвх становится вообще лишним, так как он подключается параллельно нагрузке, на которую должен работать выход ОУ и через него совершенно зря будет протекать его выходной ток. А что будет, если оставить Rоос, но убрать Rвх Рис. В формуле остается только единица: А усиление меньше единицы для этой схемы можно получить? Нет, меньше не получится ни при каких обстоятельствах. На первый взгляд, такая схема не имеет практического смысла: Однако, такие схемы применяются довольно часто и вот почему. Согласно Правилу 1 ток во входы ОУ не течет, т. А вот выходное сопротивление очень малое доли Ома! Ограничением является только допустимый выходной ток ОУ. А вот с этого места мы немного вильнем в сторону и рассмотрим вопрос выходных токов ОУ чуть подробнее. Для большинства ОУ широкого применения в технических параметрах указано, что сопротивление нагрузки, подключенной к их выходу, не должно быть меньше 2 кОм. Больше — сколько угодно. Для намного меньшего числа оно составляет 1 кОм КУД…. Это значит, что при наихудших условиях: При этом ток через нее составит: Не так, чтобы мало, но и не особо много. К счастью, большинство ОУ широкого применения имеют встроенную защиту от превышения выходного тока — типичное значение максимального выходного тока составляет 25 мА. Защита предотвращает перегрев и выход ОУ из строя. Если напряжения питания не максимально допустимые, то минимальное сопротивление нагрузки можно пропорционально уменьшать. Скажем, при питании 7,5…8 В суммарно 15…16 В оно может составлять 1 кОм. Существуют ОУ с повышенным выходным током, например, КУД1, способные обеспечивать выходной ток до мА для него минимальное сопротивление нагрузки составляет Ом. Мощные достаточно быстродействующие ОУ широкого применения: L, LM, OPA и пр. Поскольку потенциалы с обеих сторон резистора Rвх равны друг другу напряжения на резисторе равно 0 , ток через него не протекает. А значит, равен нулю и ток через резистор Rоос. По сути, мы фактически получили неинвертирующий повторитель сравните с Рис. Соответственно, на выходе получим такое же напряжение, как и на неинвертирующем входе, т. Поменяем полярность входного сигнала на инвертирующем входе схемы перевернем GB1 и подадим минус 1 В Рис. Для того, чтобы скомпенсировать этот ток, через Rоос тоже должен протекать ток, равный 2 мА. Получается, что при таком упрощенном дифференциальном включении разница в коэффициентах усиления постоянно сдвигает выходной сигнал на величину потенциала на неинвертирующем входе. Для этого подадим входной сигнал на неинвертирующий вход не напрямую, а через делитель Rвх2, R1 Рис. Примем их номиналы также по 1 кОм. Мы добились, чего хотели! Проверим это рассуждение, подав на инвертирующий вход сигнал отрицательной полярности минус 1 В Рис. Уровень выходного сигнала соответствует разнице между входными. Конечно, при равенстве Rвх1 и Rоос соответственно, Rвх2 и R1 усиления мы не получим. Для этого нужно увеличить номиналы Rоос и R1, как это делали при анализе предыдущих включений ОУ не буду повторяться , причем должно строго соблюдаться соотношение:. Что же полезного мы получаем от такого включения практически? А получаем мы замечательное свойство: На выход поступает только разностный дифференциальный сигнал. Это позволяет усиливать очень малые сигналы на фоне помехи, одинаково действующей на оба входа. Например, сигнал с динамического микрофона на фоне наводки сети промышленной частоты 50 Гц. Однако, в этой бочке меда, к сожалению, присутствует ложка дегтя. Во-первых, равенство 4 должно соблюдаться очень строго вплоть до десятых а иногда и сотых процента! Фаза сигнала — это величина, характеризующая смещение начала отсчета периода сигнала относительно начала отсчета времени. Поскольку и начало отсчета времени, и начало отсчета периода выбираются произвольно, фаза одного периодического сигнала физическим смыслом не обладает. Однако разность фаз двух периодических сигналов — это величина, имеющая физический смысл, она отражает запаздывание одного из сигналов относительно другого. Что считать началом периода, не имеет никакого значения. За точку начала периода можно взять нулевое значение с положительным наклоном. Всё в нашей власти. Если сравнить красную и синюю кривые с кривыми на Рис. В то же время, понятие инверсии более широкое, чем понятие фазы , так как последнее применимо только к регулярно повторяющимся, периодическим сигналам. А понятие инверсии применимо к любым сигналам, в том числе и непериодическим, как, например, звуковой сигнал, цифровая последовательность, либо постоянное напряжение. Чтобы фаза была состоятельной величиной, сигнал должен быть периодическим хотя бы на некотором интервале. В противном случае, и фаза и период превращаются в математические абстракции. В приведенном выше примере они будут составлять, соответственно, 1 и 2 кОм. А если мы увеличим Rоос и R1 для получения полноценного усилительного каскада, то разница возрастет еще существеннее: Однако, это приемлемо, только если источники сигнала для обоих входов имеют очень низкое выходное сопротивление. Одним из путей решения данной проблемы может быть неравенство номиналов резисторов, подключенных к инвертирующему и неинвертирующему входам ОУ. Ещё одним важным моментом является достижение точного соблюдения равенства 4. Путь общепринятый, но опять же, при таком способе балансировки пусть и немного, но изменяется входное сопротивление неинвертирующего входа. Намного стабильнее вариант с включением подстроечного резистора R5 последовательно с Rоос Рис. Коль скоро мы повели речь о дифференциальном включении и упомянули повторители, хотелось бы описать одну интересную схемку Рис. Входной сигнал подается одновременно на оба входа схемы инвертирующий и неинвертирующий. Номиналы всех резисторов Rвх1, Rвх2 и Rоос равны друг другу в данном случае возьмем их реальные значения: Неинвертирующий вход ОУ ключом SA может замыкаться на общую шину. В замкнутом положении ключа Рис. Получаем инвертирующий повторитель с усилением равным минус 1 см. А вот при разомкнутом положении ключа SA Рис. Принцип работы этой схемы можно выразить и несколько по-другому. При замкнутом ключе SA она работает как инвертирующий усилитель с усилением, равным минус 1, а при разомкнутом — одновременно! В таком виде эту схему можно использовать, если, например, на этапе проектирования неизвестна полярность входного сигнала скажем, от датчика, к которому нет доступа до начала наладки устройства. Если же в качестве ключа использовать транзистор например, полевой , управляемый от входного сигнала с помощью компаратора о нем речь будет вестись ниже , то получим синхронный детектор синхронный выпрямитель. Конкретная реализация такой схемы, конечно же, выходит за рамки начального ознакомления с работой ОУ и мы её здесь опять же подробно рассматривать не будем. А теперь давайте рассмотрим принцип суммирования входных сигналов Рис. Берем за основу уже рассмотренный выше инвертирующий усилитель Рис. Через эти резисторы протекают токи, равные 1 мА показаны стрелками, направленными слева направо. Тот же самый результат выходное напряжение минус 2 В можно получить, если на вход инвертирующего усилителя Рис. На выходе получим напряжение минус 3 В, что равно сумме входных напряжений. Входов может быть не два, а сколь угодно много. Принцип работы данной схемы от этого не изменится: Через резистор Rоос в таком случае ток протекать не будет. Иными словами, ток, протекающий по Rоос, алгебраически суммируется со входными токами. Отсюда также проистекает важный момент: Но если напряжения входных сигналов увеличить до максимально допустимых близких к напряжениям питания , то получается, что весь выходной ток уйдет в Rоос. Для нагрузки ничего не останется. Поэтому в реальных схемах сопротивление Rвх выбирается не менее 10 кОм, но и желательно не более кОм, чтобы при заданном коэффициенте усиления не ставить Rоос слишком большого номинала. Суммируемые сигналы можно подавать и на неинвертирующий вход. Принципиально такая схема будет работать точно так же, как и инвертирующий сумматор, на выходе которого будет сигнал, прямо пропорциональный входным напряжениям и обратно пропорциональный номиналам входных резисторов. Следовательно, входное напряжение, имеющееся на одном из входов, будет влиять на напряжение, поступающее на другие входы. В итоге приходится применять дополнительные схемотехнические ухищрения. До сих пор мы рассматривали схемы на ОУ с ООС. А что будет, если обратную связь убрать вообще? В таком случае мы получаем компаратор Рис. На его выходе будет напряжение, приближающееся к одному из напряжений питания в зависимости от того, какой из сигналов больше другого. Обычно входной сигнал подается на один из входов, а на другой — постоянное напряжение, с которым он сравнивается т. Оно может быть любым, в том числе и равным нулевому потенциалу Рис. Это является общепринятым для изображения компараторов, особенно тех, что выпускаются в виде отдельных микросхем о них речь будет вестись ниже. Даже цоколевка выводов у них противоположная по сравнению с ОУ. По идее, на выходе тоже должен быть ноль, но в реальности — никогда. Если потенциал на одном из входов хоть на чуть-чуть перевесит потенциал другого, то уже этого будет достаточно, чтобы на выходе возникли хаотические скачки напряжения из-за случайных возмущений, наводящихся на входы компаратора. И в области, близкой к точке равенства потенциалов входов, на выходе компаратора появится пачка выходных сигналов вместо одного четкого переключения. Для борьбы с этим явлением в схему компаратора часто вводят гистерезис путем создания слабой положительной ПОС с выхода на неинвертирующий вход Рис. Проанализируем работу этой схемы. Сопротивление Rвх равно 1 кОм, а Rпос — 10 кОм. В качестве опорного напряжения, поступающего на инвертирующий вход, выбран потенциал средней точки. Красной кривой показан входной сигнал, поступающий на левый вывод Rвх вход схемы компаратора , синей — потенциал на неинвертирующем входе ОУ и зеленой — выходной сигнал. Пока входной сигнал имеет отрицательную полярность, на выходе — отрицательное напряжение, которое через Rпос суммируется с входным напряжением обратно пропорционально номиналам соответствующих резисторов. В результате потенциал неинвертирующего входа во всем диапазоне отрицательных значений на 1 В по абсолютному значению превышает уровень входного сигнала. Суммарный потенциал на неинвертирующем входе начнет лавинообразно становиться ещё более положительным, поддерживая процесс такого переключения. При снижении входного сигнала обратное переключение выходного сигнала компаратора произойдет при входном напряжении минус 1 В. Вот эта разница между уровнями входного сигнала, ведущими к переключению выхода компаратора, равная в нашем случае суммарно 2 В, и называется гистерезисом. Чем больше сопротивление Rпос по отношению к Rвх меньше глубина ПОС , тем меньший гистерезис переключения. Выбирается гистерезис глубина ПОС , исходя из реальных условий функционирования компаратора в конкретной схеме. В какой и 10 мВ будет много, а в какой — и 2 В мало. К сожалению, не каждый ОУ и не во всех случаях можно использовать в качестве компаратора [2]. Часть из них специализирована для подключения к цифровым ТТЛ-микросхемам СА2 , часть — цифровым ЭСЛ-микросхемам СА1 , однако большинство является т. Их основное отличие от ОУ заключается в особом устройстве выходного каскада, который выполнен на транзисторе с открытым коллектором Рис. Это требует обязательного применения внешнего нагрузочного резистора R1 , без которого выходной сигнал просто физически не способен сформировать высокий положительный выходной уровень. Это позволяет простыми средствами обеспечить выходной сигнал нужного уровня — будь он ТТЛ или КМОП. Единственным и относительным его недостатком является только то, что в 8-выводном иногда в 14 выводном корпусе он всего лишь один. До сих пор мы рассматривали схемы, в которых входной сигнал поступал на вход ы через Rвх, то есть все они являлись преобразователями входного напряжения в выходное напряжение же. При этом входной ток протекал через Rвх. А что будет, если его сопротивление принять равным нулю? Работать схема будет точно так же, как и рассмотренный выше инвертирующий усилитель, только в качестве Rвх будет служить выходное сопротивление источника сигнала Rвых , а мы получим преобразователь входного тока в выходное напряжение Рис. Пожалуй, единственным ограничением является допустимый диапазон входных напряжений ОУ, который не следует превышать. С её помощью можно построить также, например, линейный преобразователь тока фотодиода в напряжение и множество других схем. Мы рассмотрели основные принципы функционирования ОУ в различных схемах его включения. Остался один важный вопрос: Как было сказано выше, ОУ типично имеет всего 5 выводов: В общем случае используется двуполярное питание, то есть источник питания имеет три вывода с потенциалами: Для работы их внутренней схемы она просто не нужна. На некоторых схемах со средней точкой соединялся неинвертирующий вход, однако, это не является правилом. В некоторых других ОУ КУД8, КУД2, КУД13 и др. А Для обеспечения достаточного тока и размаха выходного напряжения через нагрузку Рис. Примем, как данность, что на вход подается какой-то входной синусоидальный сигнал черная синусоида на графиках и на выходе получается такой же синусоидальный сигнал, усиленный по отношению ко входному цветная синусоида на графиках. При подключении нагрузки Rнагр. Ток от источника питания соответствующей полярности замыкается через ОУ, Rнагр. Поскольку внутреннее сопротивление источников питания ОУ весьма мало, ток, проходящий через нагрузку, ограничен только её сопротивлением и максимальным выходным током ОУ, которое типично составляет 25 мА. Даже в не очень свежих цинк-угольных гальванических элементах внутренне сопротивление составляет единицы Ом, не говоря уж о сетевых блоках питания, щелочных и, тем более, кислотных аккумуляторах, В которых оно составляет сотые и тысячные доли Ома. При питании ОУ однополярным напряжением в качестве общей шины выбирается обычно отрицательный минусовый полюс источника питания, к которому и подключается второй вывод нагрузки Рис. Теперь ток через нагрузку может протекать только в одном направлении показано красной линией , второму направлению просто неоткуда взяться. Иными словами, ток через нагрузку становится асимметричным пульсирующим. Однозначно утверждать, что такой вариант плох, нельзя. Если нагрузкой является, скажем, динамическая головка, то для неё это плохо однозначно. Однако, существует множество применений, когда подключение нагрузки между выходом ОУ и одной из шин питания как правило, отрицательной полярности , не только допустимо, но и единственно возможно. Если же всё-таки нужно обеспечить симметрию протекания тока через нагрузку при однополярном питании, то приходится гальванически развязывать её от выхода ОУ гальванически конденсатором С1 Рис. Б Для обеспечения нужного тока инвертирующего входа, а также привязки входных сигналов к какому-то произвольно выбранному уровню, принимаемому за опорный нулевой — задания режима работы ОУ по постоянному току Рис. Теперь рассмотрим варианты подключения источников входных сигналов, исключив из рассмотрения подключение нагрузки. Подключение инвертирующего и неинвертирующего входов к средней точке соединения источников питания Рис. Если неинвертирующий вход тока не потребляет и просто принимает потенциал средней точки, то через источник сигнала G и Rвх, включенные последовательно, ток-то протекает, замыкаясь через соответствующий источник питания! А поскольку их внутренние сопротивления пренебрежимо малы по сравнению со входным током на много порядков меньше, чем Rвх , то и влияния на напряжения питания он практически не оказывает. Таким образом, при однополярном питании ОУ, можно совершенно спокойно сформировать потенциал, подаваемый на его неинвертирующий вход, с помощью делителя R1R2 Рис. Типичные номиналы резисторов этого делителя составляют 10… кОм, причем нижний подключенный к общей минусовой шине крайне желательно зашунтировать конденсатором на 10…22 мкф, чтобы существенно снизить влияние пульсаций напряжения питания на потенциал такой искусственной средней точки. А вот источник сигнала G к этой искусственной средней точке подключать крайне нежелательно всё из-за того же входного тока. Чтобы устранить взаимовлияние входов друг на друга при усилении сигналов постоянного тока при таком включении, для источника сигнала следует организовать отдельный потенциал искусственной средней точки, формируемый резисторами R3R4 Рис. Следует отметить, что в приведенных выше схемах Рис. В реальности это нужно не всегда. Довольно часто нужно, чтобы выходной сигнал имел преимущественно либо положительную, либо отрицательную полярность. Поэтому совершенно не обязательно, чтобы положительная и отрицательная полярности источника питания были равны по абсолютному значению. Одно из них может быть значительно меньше по абсолютному значению, чем другое — только таким, чтобы обеспечить нормальное функционирование ОУ. Чтобы ответить на него, коротко рассмотрим допустимые диапазоны напряжений входных и выходного сигналов ОУ. У любого ОУ потенциал на выходе не может быть выше, чем потенциал положительной шины питания и ниже, чем потенциал отрицательной шины питания. Иными словами, выходное напряжение не может выйти за пределы питающих напряжений. С другой стороны, для ОУ широкого применения входные сигналы также не должны превышать напряжения питания, а для некоторых — быть меньше их на 1,5…2 В. В полном объеме этот термин обозначает, что теоретически такой размах сигнала можно снимать с выхода и такой же размах входного сигнала подавать на вход. Можно даже обнюхать и облизать. Рассмотрим их наиболее частые варианты, доступные начинающим радиолюбителям. Тем более, если приходится выпаивать ОУ из старой аппаратуры. Для ОУ старых разработок, в обязательном порядке требующих внешних цепей для частотной коррекции, чтобы предотвратить самовозбуждение, было характерно наличие дополнительных выводов. Круглый металло-стеклянный корпус Рис. Правда, планарные выводные корпуса Рис. Они применялись для цифровых микросхем. Это позволило в одном корпусе размещать по два-четыре полностью независимых кроме общих выводов питания ОУ, изготовленных на одном кристалле. Иногда можно встретить ОУ, размещенные в однорядных 8-выводных Рис. Однако, для начинающих их использование представляет существенные сложности. Как корпус ни запаивай — не ошибешься, так как цоколевка самих ОУ симметрична относительно вывода отрицательного питания 5-й вывод. Выводы всех микросхем имеют последовательную нумерацию, отсчитываемую от т. В любом случае, если расположить корпус выводами от себя , их нумерация по возрастающей идет против часовой стрелки! В круглых металло-стеклянных корпусах ключ имеет вид бокового выступа Рис. В отечественных 8-выводных корпусах В выводных корпусах, как отечественных Обычно инвертирующий вход как в круглых металло-стеклянных, так и в DIP-корпусах, соединен со 2-м выводом, неинвертирующий — с 3-м, выход — с 6-м, минус питания — с 4-м и плюс питания — с 7-м. В них нумерация выводов сдвинута на один против часовой стрелки по сравнению с общепринятой для большинства других типов, то есть с выводами они соединены, как в импортных корпусах Рис. В этих корпусах ключом является либо углубление точка напротив первого вывода, либо вырез в торце корпуса между первым и 8-м DIP-8 или м DIP выводами, либо фаска вдоль первой половины выводов Рис. Нумерация выводов в этих корпусах также идет против часовой стрелки при виде сверху выводами от себя. Как было сказано выше, ОУ с внутренней коррекцией имеют всего пять выводов, из которых только три два входа и выход принадлежат каждому отдельному ОУ. Это позволило в одном 8-выводном корпусе разместить на одном кристалле по два полностью независимых за исключением плюса и минуса питания, требующих еще двух выводов ОУ Рис. В итоге в настоящее время большинство ОУ выпускаются как минимум сдвоенными, например, TL, TL, TL, дешевые и простые LM и др. Точно такие же по внутренней структуре, но счетверенные — соответственно, TL, TL, TL и LM Однако, никаких сложностей с разводкой это отличие не вызывает. Поскольку цоколевка выводов ОУ полностью симметрична Рис. Пара слов относительно маркировки импортных ОУ да и не только ОУ. Для ряда разработок первых цифровых обозначений было принято обозначать группу качества первой цифрой цифрового кода. При этом цена на них может быть совершенно не соответствующей такой градации, либо отличаться очень незначительно неисповедимы пути ценообразования! Информация об этом подробно и досконально изложена во множестве существующей литературы. Как говаривал дедушка Вильям Оккам: Незачем повторять уже хорошо описанное. Нужно только не лениться и прочитать её. Операционные усилители в звукотехнике 2. Радио и связь, Засим позвольте откланяться, с уважением и проч. Для добавления Вашей сборки необходима регистрация. Сайт Паяльник существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Призовой фонд на июль г. Регулируемый паяльник 60 Вт. Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA Лазерный модуль нм 5мВт. Примечание Существуют ОУ и не имеющие одного из входов. Примечание Правда, ОУ первых разработок КУД1 или, как он тогда маркировался, К1УТ — отечественная реплика uA имел коэффициент усиления всего Примечание При тщательном поиске в Гугле, к своему великому удивлению, внятного толкования смысла этого термина в отношении аналогового сигнала в электротехнике я не нашел. ОУ почти всегда используются в схемах с отрицательной обратной связью ООС. Примечание Глубина ООС показывает, во сколько раз изменяется коэффициент усиления схемы под её влиянием по сравнению с её отсутствием без ООС. А Инвертирующее включение Рис. Примечание В электротехнике направление движения электрического тока традиционно принято обозначать от плюса к минусу. Теперь давайте заменим постоянный Rоос на переменный, с номиналом, скажем 10 кОм Рис. Б Неинвертирующее включение Рис. Примечание Существуют ОУ с повышенным выходным током, например, КУД1, способные обеспечивать выходной ток до мА для него минимальное сопротивление нагрузки составляет Ом. В Дифференциальное включение Рис. Для этого нужно увеличить номиналы Rоос и R1, как это делали при анализе предыдущих включений ОУ не буду повторяться , причем должно строго соблюдаться соотношение: Давайте, разберемся с сущностью этих терминов Рис. Оказывается, оно просто очень удобно для практических целей по следующим причинам: Примечание Даже в не очень свежих цинк-угольных гальванических элементах внутренне сопротивление составляет единицы Ом, не говоря уж о сетевых блоках питания, щелочных и, тем более, кислотных аккумуляторах, В которых оно составляет сотые и тысячные доли Ома. Примечание 9-выводные SIP-корпуса обладают интересной особенностью: Вознаградить Я собрал 0 7 x. Много лет чинил радиоаппаратуру не вникая в принцип работы ОУ, а зря. Очень интересно и понятно! Falconist Хорошая статейка, жаль, не рассмотрены схемы с ОС по току, и в названии нужно было указать о том что, статья и об ОС. Если бы я решал, то первое место было бы ваше, но интересы понятия о ценности материала большинства другие. Большинство не хочет понять простую истину, если они в дальнейшем будут изготавливать или ремонтировать устройства, то лучше не ждать когда добрый дядя составит им схему, а уметь её составить самому. И подавляющее большинство схем в сети — это или мусор нерабочая по принципу, бред, шутка и т. И эта статья шаг в сторону умения составлять и исправлять. Тут вот опечатка - Намного стабильнее вариант с включением подстроечного резистора R3 последовательно с Rоос Рис. Как и почему корректирующая цепь влияет на частотные характеристики операционного усилителя? Пишется о умопомрачительных цифрах, усиление в раз и более. Ту задался целью усилить сигнал с обычного пъезоэлемента. Использовал пъезоэлемент в качестве микрофона. Но как оказалось предел усиления это — раз, дальше теряется весь смысл усиления сигнала. Становятся слышны тепловые шумы транзисторов, они заглушают полезный сигнал. А мне нужно больше усиления. В течении года я так и не смог решить эту проблему. Поэтому с удивлением и недоверием смотрю на цифры…. Может я чего то не понимаю? Имею в виду, что на выходе, подключив наушники, я услышу усиленный сигнал без посторонних электронных шумов заглушающих всё и вся. Конечно в чистом виде такой коэффициент усиления не нужен, разве что для цифровых схем, чтобы получить как можно более "чистый" 0 или 1. А для решения вашей проблемы нужно применять малошумящие микросхемы, экранировать от внешних помех, задавать нужный гистерезис и использовать фильтры! Если бы можно было бы сделать всё на одном ОУ, то магнитофоны бы делались на нём одном. Ну разве что с усилителем тока на выходе. Но нет, в любом устройстве ставят кучу обвязки из резисторов, конденсаторов и индуктивностей. Плюс плату нужно разводить так, чтобы исключить не только внешние но и внутренние наводки от параллельных цепей. Но я не профессионал, а любитель и лишь интересуюсь темой и мои знания скорее теоретические, чем практические. К сожалению в статье не освещен вопрос связи полосы ОУ и его коэффициента усиления. Максимальные коэффициенты усиления ОУ возможны только на постоянном токе. Как только Вы начинаете говорить о полосе, максимальный КУ снижается многократно пропорционально. Коллеги, объясните начинающему, пожалуйста, почему на ситуации рис. Что я упустил в понимании? Да, я тоже заметил, там сила тока должна быть 1,5 мА. Вот еще вопрос по рис. И я на этом месте вступор встал рис 9Г. Расчеты А и Б сходятся. Рассмотрим на примере рис. Ток бежит только в замкнутой цепи. В нашем случаи при условии что входы усилителя не потребляют ток, т. Найдем ток этой цепи: А падение напряжения на Rоос составит: Никогда не преподавал, просто расписал подробно без цитирования правил и законов. Может кому-то поможет навести порядок в голове мой комментарий. Всем спс и Удачи в этом, по сути легком деле. Просто надо электротехнику школьной программы повторить начинающим и все пойдет как по маслу. Преподавание это от бога. Как вы заметили, если инверсию обьясняют, используя слово полярность, то это все равно что сравнить это с плюсом и минусом. Таких "преподавателей" просто жалко. Я благодарю вас за статью! Не совсем понял как на инвертирующем входе на рисунке 9,Г получается напряжение 0. Извините за глупый вопрос по следующему предложению: Использовать дополнительные усилительные каскады на транзисторах. В простейшем случае - эмиттерные повторители. Не может, ибо максимальный размах напряжений питания для этой микросхемы 36В. А здесь получается 37В. А, вообще, асимметричное двуполярное питание используется в реальных схемах. Например, в сварочном выпрямителе ВДУСЭ - плюс 10В и минус 20В. А что если схема усилителя на операционке будет вообще без ООС? Будет он хоть как-то работать? Просто, понятно и доходчиво. А то перелопатишь кучу литературы, после которой каша в голове и сил на практику уже нет. Как говорил кто-то из "дедушек" - кто ясно мыслит, тот ясно излагает. На фото отечественных операционных усилителей есть в планарном корпуса 3ОДА - это оптрон. А каким образом подбираются номиналы входного резистора и резистора ООС в реальных усилителях? Есть чему поучиться, в плане доходчивого и постепенного логичного изъяснения! Спасибо автору за статью. Для меня актуально, да и для тех кто хочет понимать принципы работы с ОУ. Но вот на практике взял операционный усилитель, подал на неинверт. Не подскажите почему так? Вычислительная ошибка в описании работы дифференциального ОУ. На входном резисторе и резисторе оос должно быть по полтора миллиампера, а не по 2. А следовательно и ток должен быть 1. Автор, ничего не "подтвердилось". Хотел узнать как работает ОУ. Сначало было понятно, ну а чем дальше в лес, как говорится, тем больше дров. Наверно для меня это сложно и поэтому дальше не стал читать, всё равно наверно не пойму, уж извините за откровенность. Хорошая статья, но для меня новость, что расчета компенсации тока смещения не учитывается сопротивление резистора обратной связи. В описании работы гистерезисной схемы рис. В зависимости от величины потенциала входного сигнала, меняется и разница между ними. Какова схема включения при наличии отдельной входной земли, как сделать чтобы выходной сигнал относительно земли питания точно без помех повторял входной сигнал относительно входной земли. Между входной и выходной землёй присутствует помеха амплитудой около 1В. Подскажите пожалуйста, какой смысл включения в отрицательную обратную связь последовательно конденсатора и резистора? То есть между выходом оy и входом - последовательно резистор и сопротивление? Огромное Вам, Алексей, спасибо! Мне, как имеющему высшее техническое образование советское ещё , ранее были эти ОУ непонятными. Сейчас, после прочтения Вашей статьи, всё встало на свои места - я понимаю их на базовом уровне и знаю , как мне их теперь использовать самостоятельно! У Вас шикарная способность популярного объяснения - снимаю шляпу! Ошибочка в пояснении к дифференциальному режиму ОУ схема Г. В чем измеряется электрическое сопротивление? Для выбора нескольких файлов использйте CTRL.
Схема приема лекарств при хеликобактер пилори
Курс доллара в ялте
Валдай как добраться из спб
Характеристика реле рт 80
Русь белая раса
Как правильно говорить доброе