Операционный усилитель, ОУ, операционник. Свойства. Характеристики. Математическая модель. Классификация.
Операционный усилитель
Основные схемы включения операционного усилителя
Операционный усилитель ОУ ; англ. 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. Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций отсюда его название , путём использования напряжения как аналоговой величины. 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. Первые промышленные ламповые ОУ е годы выполнялись на паре двойных триодов , в том числе в виде отдельных конструктивных сборок в корпусах с октальным цоколем. Позднее были разработаны ОУ и на другой элементной базе: Многие из более современных ОУ могут быть установлены в схемы, спроектированные для без каких-либо доработок, при этом характеристики схемы только улучшатся. Применение ОУ в электронике чрезвычайно широко. Операционный усилитель, вероятно, наиболее часто встречающийся элемент в аналоговой схемотехнике. Добавление лишь нескольких внешних компонентов делает из ОУ конкретную схему аналоговой обработки сигналов. На рисунке показано схематичное изображение операционного усилителя. Выводы имеют следующее значение:. Указанные пять выводов присутствуют в любом ОУ и необходимы для его функционирования. Однако, существуют операционные усилители, не имеющие неинвертирующего входа [1]. В частности, такие ОУ находят применение в аналоговых вычислительных машинах АВМ. ОУ, применяемые в АВМ, принято делить на пять классов, из которых ОУ первого и второго класса имеют только один вход. Предназначены для работы в составе интеграторов , сумматоров , устройств слежения-хранения. Эти ОУ предназначены для применения в составе электронных устройств установки коэффициентов, инверторов, электронных переключателей, в функциональных преобразователях, в множительных устройствах. Помимо этого, некоторые ОУ могут иметь дополнительные выводы предназначенные, например, для установки тока покоя, частотной коррекции, балансировки или других функций. Часто выводы питания не рисуют на схеме, чтобы не загромождать её несущественными деталями, при этом способ подключения этих выводов явно не указывается или считается очевидным особенно часто это происходит при изображении одного усилителя из микросхемы с четырьмя усилителями с общими выводами питания. При обозначении ОУ на схемах можно менять местами инвертирующий и неинвертирующий входы, если это удобно; выводы питания, как правило, всегда располагают единственным способом положительный вверху. В общем случае ОУ использует двуполярное питание , то есть источник питания имеет три вывода со следующими потенциалами:. Вывод источника питания с нулевым потенциалом непосредственно к ОУ обычно не подключается, но, как правило, является сигнальной землёй и используется для создания обратной связи. Часто вместо двуполярного используется более простое однополярное, а общая точка создаётся искусственно или совмещается с отрицательной шиной питания. Рассмотрим работу ОУ как отдельного дифференциального усилителя, то есть без включения в рассмотрение каких-либо внешних компонентов. В этом случае ОУ ведёт себя как обычный усилитель с дифференциальным входом, то есть поведение ОУ описывается следующим образом:. Все напряжения считаются относительно общей точки схемы. Рассматриваемый способ включения ОУ без обратной связи практически не используется [2] вследствие присущих ему серьёзных недостатков:. Для того, чтобы рассматривать функционирование ОУ в режиме с обратной связью, необходимо вначале ввести понятие идеального операционного усилителя. Идеальный ОУ является физической абстракцией , то есть не может реально существовать, однако позволяет существенно упростить рассмотрение работы схем на ОУ благодаря использованию простых математических моделей. Из формулы 1 следует, что для поддержания нужного напряжения на выходе необходимо поддерживать следующую разность входных напряжений:. Так как для идеального ОУ G openloop бесконечно большой, то разность входных напряжений стремится к нулю. Отсюда следует важнейшее свойство идеального ОУ, упрощающее рассмотрение схем с его использованием:. Идеальный ОУ, охваченный отрицательной обратной связью , поддерживает одинаковое напряжение на своих входах [4] [5]. Другими словами, при указанных условиях всегда выполняется равенство: На самом деле ОУ выставляет на выходе такое напряжение, которое через обратную связь подействует на входы таким образом, что разность входных напряжений уменьшится до нуля. Легко убедиться в справедливости равенства 2. Тогда входное дифференциальное напряжение, усиленное в ОУ, вызвало бы вследствие бесконечного коэффициента усиления бесконечно большое выходное напряжение, которое, в соответствии с определением ООС , ещё уменьшило бы разность входных напряжений. И так до тех пор, пока равенство 2 не будет выполнено. Из рассмотрения принципа работы идеального ОУ следует очень простая методика проектирования схем:. Пусть необходимо построить цепь на ОУ с требуемыми свойствами. Для создания схемы нужно подключить к ОУ такую обратную связь, чтобы при требуемом выходном состоянии достигалось равенство напряжений на входах ОУ инвертирующем и неинвертирующем , а обратная связь была бы отрицательной. Таким образом, требуемое состояние системы будет устойчивым состоянием равновесия, и система будет в нем находиться неограниченно долго [6]. Пользуясь этим упрощённым подходом, несложно получить простейшую схему неинвертирующего усилителя. Расчёт реального коэффициента усиления для идеального или реального, но который можно с определёнными допущениями считать идеальным усилителя очень прост. Заметим, что в том случае, когда усилитель находится в состоянии равновесия, напряжения на его входах можно считать одинаковыми. Следует обратить внимание, что в неинвертирующей схеме включения коэффициент усиления напряжения всегда больше или равен 1, вне зависимости от номиналов используемых резисторов. Таким образом, коэффициент передачи усилителя, построенного на ОУ с достаточно большим усилением, практически зависит только от параметров обратной связи. Это полезное свойство позволяет проектировать системы с очень стабильным коэффициентом передачи, необходимые, например, при измерениях и обработке сигналов. Для операционного усилителя, включенного по инвертирующей схеме, расчёт при принятых допущениях тоже не представляет сложности. Отсюда падения напряжения на резисторах равны, соответственно, входному и выходному напряжениям. Следует обратить внимание, что в инвертирующей схеме включения коэффициент усиления может быть как больше, так и меньше единицы и зависит от номиналов резисторов делителя. То есть усилитель может использоваться как активный аттенюатор ослабитель входного напряжения. Это значительно упрощает расчёт влияния нагрузки на источник сигнала и их взаимное согласование. В моменты насыщения усилитель не действует в соответствии с формулой 1 , что вызывает отказ в работе ООС и появлению разности напряжений на его входах, что обычно является признаком неисправности схемы и это легко обнаруживаемый наладчиком признак проблем. Выпускаемые промышленностью операционные усилители постоянно совершенствуются, параметры ОУ приближаются к идеальным. Однако улучшить все параметры одновременно технически невозможно или нецелесообразно из-за дороговизны полученного чипа. Для того, чтобы расширить область применения ОУ, выпускаются различные их типы, в каждом из которых один или несколько параметров являются выдающимися, а остальные на обычном уровне или даже чуть хуже. Это оправдано, так как в зависимости от сферы применения от ОУ требуется высокое значение того или иного параметра, но не всех сразу. Отсюда вытекает классификация ОУ по областям применения. При проектировании устройств на первом приближённом этапе операционные усилители можно считать идеальными. Далее для каждого ОУ определяются требования, которые накладывает на него схема, и подбирается ОУ, удовлетворяющий этим требованиям. Если получается, что требования к ОУ слишком жёсткие, то можно частично перепроектировать схему для обхода данной проблемы. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 26 июня ; проверки требуют 14 правок. Внутренняя структура операционного усилителя В действительности выходное напряжение даже в теоретической модели всегда ограничено из-за использования отрицательной обратной связи. Базовые электронные узлы Аналоговые интегральные схемы Радио Радиотехника Электроника Радиоэлектроника Усилители электроника. Статьи, требующие уточнения источников Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Текущая версия Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 25 марта в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия. Дополнительные иллюстрации на Викискладе.
Схема газ 27527
Презентация по теме красная книга 2 класс
Методы позитивизма в социологии
План сюжетно ролевой игры в доу
Чистописание во 2 классе образцы
Жд москва тольятти расписание