Операционные усилители
Характеристики и параметры операционных усилителей
1.4. Параметры и характеристики операционных усилителей
К статическим относятся характеристики , определяющие работу ОУ в установившемся режиме: Передаточные амплитудные характеристики ОУ представляют собой две кривые, соответствующие инвертирующему и неинвертирующему входам. Можно отметить, что из-за наличия частотной коррекции полоса пропускания разомкнутого ОУ сужается. Однако так как ОУ используются в усилительных схемах с отрицательной обратной связью ООС , то введение ООС расширяет частотный диапазон рис. Происходит это потому, что внутренняя коррекция должна быть достаточной для обеспечения устойчивости схемы, в режиме повторителя напряжения с единичным коэффициентом усиления. Устойчивость могла бы быть достигнута и при больших коэффициентах усиления с меньшим ослаблением на высоких частотах, но фиксированная коррекция в ОУ, подобных КУД7, означает, что жертвуют шириной полосы, в пределах которой коэффициент усиления больше единицы. Использование ОУ с ООС для различных коэффициентов усиления показано на рис. Например, при коэффициенте усиления, равном , частотная характеристика падает приблизительно на 3 дБ ширина полосы измеряется на уровне —3дБ на частоте 10кГц. Это значение не соответствует требованиям, которые в большинстве случаев предъявляются к аппаратуре звукового диапазона; следовательно, для получения приемлемого качества коэффициент усиления одиночной ИС КУД7 с обратной связью в устройствах звукового диапазона должен быть ограничен значением порядка Для расширения частотного диапазона необходимо использовать ОУ, имеющие более высокую частоту единичного усиления или применять ОУ с внешней коррекцией. Основные характеристики ОУ можно разделить на две группы: Основы электроакустики Путь к качественному звуку. Часто в числе основных параметров ОУ используются входной и выходной импеданс RВХ и RВЫХ. Этот участок называется областью усиления. Обычно величина К лежит в пределах … К примеру, для ОУ типа КУД7 не менее В идеальном ОУ при нулевом входном сигнале на выходе сигнал отсутствует баланс ОУ. В реальных усилителях наблюдается разбаланс ОУ. Для усилителей с большим коэффициентом усиления это может быть серьезной проблемой: Когда усилитель предназначен для работы только с переменными сигналами, на выходе используется разделительный конденсатор, который отсечет любое смещение по постоянному току, и все будет в порядке, пока смещение не уведет точку покоя так далеко, что выходные колебания будут ограничиваться. Для того, чтобы при нулевом усиливаемом сигнале напряжение на выходе было равным нулю, то есть для того, чтобы передаточная характеристика проходила через начало координат, предусматривают меры по компенсации напряжения смещения. В некоторых ОУ для компенсации напряжения смещения предусмотрены специальные выводы. Типовая схема включения ОУ КУД7, в котором предусмотрены такие выводы, показана на рис. Вследствие наличия паразитных емкостей и многокаскадной структуры ОУ по своим свойствам аналогичен фильтру нижних частот высокого порядка. Типичная частотная характеристика ОУ без частотной коррекции приведена на рис. Это означает, что инвертирующий и неинвертирующий выходы фактически поменялись ролями, и отрицательная обратная связь, которая обычно используется в усилителях в этой частотной области становится положительной. В этом случае могут возникнуть условия баланса амплитуд и баланса фаз эти условия подробно будут рассмотрены при анализе схем автогенераторов , и в схеме возникнут автоколебания. Для устранения этого явления используется частотная коррекция. Она осуществляется подключением внешних цепей к входам FC или выполняется конструктивно встроенной в схему ОУ. АЧХ и ФЧХ ОУ, скорректированного по частоте, представлен на рис. Очевидно, что для самого неблагоприятного случая не возникает условий возникновения автоколебаний. Схема подключения внешней коррекции для усилителя LM приведена рис. Подключение конденсатора коррекции и резистора балансировки к ОУ LM Классы усиления транзисторных усилительных каскадов. Основные характеристики и параметры усилителей. Влияние Обратной Связи на параметры усилителей. Каскады мощного усиления входные каскады. Автоматическая регулировка усиления АРУ Automatic Gain Control, AGC.
Параметры и характеристики ОУ можно условно подразделить на входные, выходные и характеристики передачи. К входным параметрам относят: Напряжение смещения нуля — это потенциал на выходе усилителя при нулевом входном сигнале, который поделен на коэффициент усиления усилителя. Данный параметр показывает, какой источник напряжения необходимо подключить к входу ОУ для того, чтобы на выходе получить. Если ОУ включить со -ной обратной связью , а выход и инверсный вход соединить накоротко, то коэффициент усиления его в соответствии с 4. Зная , легко определить постоянное напряжение на выходе ОУ, имеющего при выбранной схеме включения коэффициент усиления. Схемы для определения параметров ОУ: Входные токи обусловлены необходимостью обеспечить нормальный режим работы входного дифференциального каскада на биполярных транзисторах. В случае использования полевых транзисторов это токи всевозможных утечек. Если к обоим входам ОУ подключены источники сигналов с разными внутренними сопротивлениями, то токи смещения даже в идеальном входном каскаде создают разные падения напряжения на этих внутренних сопротивлениях. Между входами ОУ появится дифференциальный сигнал, изменяющий выходное напряжение. С целью его уменьшения сопротивления, подключаемые к обоим входам, следует брать по возможности одинаковыми. Измерение входных токов осуществляется по схеме, показанной на рис. Идея, положенная в основу схемы измерения, сводится к тому, что при постоянном входном токе или изменение сопротивления, подключенного к соответствующему входу, приводит к изменению и входного напряжения , которое можно измерить и по его значению рассчитать входной ток. При замкнутых ключах выходное напряжение равно напряжению смещения нуля , а коэффициент усиления по напряжению - единице. При размыкании ключа коэффициент усиления по напряжению остается равным единице сохраняется -ная ОС , а входное напряжение за счет падения напряжения на сопротивлении изменится на. Выходное напряжение достигает значения. А так как коэффициент усиления по напряжению равен единице, то справедливо равенство Отсюда ток первого входа определится из выражения Входной ток второго входа определяют аналогично при разомкнутом и замкнутом: Разность входных токов может иметь любой знак. Входные сопротивления в зависимости от характера подаваемого сигнала подразделяют на дифференциальное для дифференциального сигнала и синфазное сопротивление общего вида. Входное сопротивление для дифференциального сигнала — это полное входное сопротивление со стороны любого входа, в то время как другой вход соединен с общим выводом. Значения его лежат в интервале нескольких десятков кОм — сотен. Входное сопротивление для синфазного сигнала характеризует изменения среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. Оно на несколько порядков выше сопротивления для дифференциального сигнала. Схема для измерения дифференциального входного сопротивления показана на рис. Сопротивление резистора берется небольшим порядка нескольких десятков — сотен Ом , так чтобы выполнялись неравенства. Малое значение сопротивления позволяет считать точку а заземленной по переменному току. В то же время наличие этого сопротивления обеспечивает подачу на неинвертирующий вход постоянного напряжения от делителя напряжения на сопротивлении , которое компенсирует напряжение смещения нуля. Это особенно необходимо для высокочувствительных ОУ, в которых напряжение смещения нуля, усиливаясь в раз, может вывести каскады ОУ на нелинейный участок характеристики. Поэтому перед началом измерений при с помощью резистора необходимо выставить нулевое выходное напряжение. При подаче входного напряжения и замкнутых ключах на выходе ОУ появится напряжение После размыкания ключей последовательно с входным сопротивлением для дифференциального сигнала оказывается включенным сопротивление , что вызовет изменение входного и выходного напряжений: Входное сопротивление для синфазного сигнала может быть определено с помощью схемы, приведенной на рис. В ней обеспечивается единичный коэффициент усиления и синфазное напряжение на обоих входах. При замкнутом ключе выходное напряжение 5. Коэффициент ослабления синфазного сигнала определяется как отношение напряжения синфазного сигнала, поданного на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, которое обеспечивает на выходе тот же сигнал, что и в случае синфазного напряжения: Температурные дрейфы напряжения смещения и входных токов характеризуют изменения соответствующих параметров с температурой и обычно оцениваются в. Эти параметры важны для прецизионных устройств, так как их в отличие от и , эффективно скомпенсировать сложно. Температурные дрейфы являются основной причиной появления температурных погрешностей устройств с ОУ. Напряжение шумов, приведенное ко входу, — это действующее значение напряжения на выходе усилителя при нулевом входном сигнале и нулевом сопротивлении источника сигнала, подключенного ко входу, деленное на коэффициент усиления ОУ. Обычно задается спектральная плотность напряжения шумов, которая оценивается как корень квадратный из квадрата приведенного напряжения шумов, деленного на полосу частот , в которой выполнено измерение этого напряжения. Таким образом оцениваются шумы, имеющиеся в полосе частот 1 Гц. При работе ОУ с источником сигнала, внутреннее сопротивление которого отлично от нуля, приходится также вводить приведенный ток шума ОУ и его спектральную плотность. Этот параметр отражает тот факт, что результирующее приведенное напряжение шумов оказывается больше, чем сумма напряжений шумов ОУ при и шумов резистора. Для учета этого входную цепь ОУ представляют в виде, показанном на рис. В технических условиях иногда задают коэффициент шума определяемый как выраженное в децибелах отношение приведенной к входу мощности шума усилителя, работающего от источника с внутренним сопротивлением , к мощности шума активного сопротивления. Генераторы напряжения и шумов во входной цепи ОУ Рис. Схемы для определения выходных параметров ОУ: К группе выходных параметров относятся выходное сопротивление, напряжение и ток выхода. Определить выходное сопротивление достаточно сложно из-за его изменения в зависимости от сдвига нулевого уровня выходного напряжения. Для измерения можно использовать схему рис. Сопротивления резисторов выбирают одинаковыми, причем их значения должны быть большими порядка. Выходное напряжение при разомкнутом ключе где — выходное напряжение при разомкнутом ключе S; Явыхос — выходное сопротивление ОУ, охваченное ОС. Отсюда, учитывая, что , имеем Из теории обратной связи известно, что. К группе характеристик передачи можно отнести коэффициент усиления по напряжению, частоту единичного усиления, скорость нарастания выходного напряжения, время установления выходного напряжения, время восстановления, амплитудно-частотную характеристику. Коэффициент усиления по напряжению ОУ может быть определен экспериментальным путем, когда на вход ОУ, не охваченного цепью ОС, подается известное напряжение и определяется выходное напряжение. Однако при этом возникают существенные трудности, связанные с определением малых входных напряжений. Кроме того, в высокочувствительных ОУ с высоким коэффициентом усиления напряжение смещения нуля, которое может быть представлено генератором напряжения включенным на входе ОУ, усиливаясь в раз, может вызвать насыщение выходного каскада ОУ и он станет неработоспособным. Поэтому высокочувствительные ОУ нельзя применять без цепей ОС. Коэффициент усиления ОУ обычно определяют косвенным путем с помощью схемы рис. В ней входное дифференциальное напряжение ОУ равно падению напряжения на резисторе: Так как сопротивления резисторов , соединяющих источник сигнала и выход усилителя, равны между собой, то коэффициент передачи ОУ с такой обратной связью равен единице, а выходное напряжение равно. Следовательно, коэффициент усиления ОУ 5. Иногда оговаривают граничную частоту ОУ, при которой сохраняется гарантированная амплитуда выходного напряжения. Это связано с тем, что усилитель, имеющий полосу пропускания, например, 0,5 МГц и выходное напряжение 10 В, обеспечивает получение этой амплитуды до частоты. Скорость нарастания выходного напряжения — это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды. При измерении скорости нарастания ОУ включается в схему рис. Схема для определения скорости нарастания а и определение ее по результатам измерений схема для определения времени восстановления в Скорость нарастания определяется как тангенс угла наклона участка, заключенного между минимальным и максимальным значениями выходного сигнала, и имеет размерность. Этот параметр важен для широкополосных и импульсных устройств, так как он ограничивает скорость нарастания выходного сигнала и минимальную длительность его фронтов. Время установления выходного напряжения — это время, за которое практически заканчивается переходный процесс. Оно обычно измеряется при максимальных значениях выходного напряжения и нагрузки и оценивается как промежуток времени , прошедший с момента первого достижения уровня 0,1 до момента первого достижения уровня 0,9 установившегося значения выходного сигнала при подаче на вход импульса напряжения прямоугольной формы. Под временем восстановления гвос понимают время, необходимое для возвращения усилителя из состояния насыщения по выходу в линейный режим. При измерении обычно используют схему, показанную на рис. Процесс измерения сводится к определению времени, прошедшего с момента снятия входного напряжения до момента, начиная с которого напряжение на выходе ОУ не будет превышать уровня 0,1 установившегося значения. Амплитудно-частотная характеристика обычно приводится в виде графика, построенного в логарифмическом масштабе рис. Причем у ОУ с внутренней коррекцией ЛАЧХ за частотой среза можно аппроксимировать прямой, имеющей наклон , как, например, в случае, показанном на рис. У ОУ без внутренней коррекции или с небольшой емкостью корректирующего конденсатора ЛАЧХ аппроксимируется двумя асимптотами, имеющими наклоны 20 и и пересекающимися в точках сопряжения рис. При расчете устройств с ОУ удобно пользоваться их эквивалентными схемами, в которых ОУ представляют в виде идеального усилителя с коэффициентом усиления с бесконечно высоким входным и нулевым выходным сопротивлениями и с дополнительными внешними цепями и генераторами рис. Напряжение смещения нуля характеризуется генератором напряжения , направление включения которого зависит от его полярности. Наличие входных токов отражено генераторами токов , а выходное сопротивление для синфазного сигнала — сопротивлениями , включенными параллельно им. Входное сопротивление для дифференциального сигнала показано в виде сопротивления , включенного между входами идеализированного ОУ. Наличие выходного сопротивления отражено сопротивлением Явых, включенным последовательно с выходом ОУ. Для рассмотрения ОУ на переменном токе при подаче на вход дифференциального напряжения можно использовать упрощенную эквивалентную схему рис. Приведенные эквивалентные схемы, несмотря на их приближенный характер, могут применяться при анализе преобразователей электрических сигналов, собранных на основе ОУ. Контакт двух полупроводников p- и n-типов. Основные параметры выпрямительных диодов и их значения у маломощных диодов Импульсные диоды. Три схемы включения транзистора. Изоляция компонентов в монолитных интегральных узлах. Основные характеристики и параметры фотодиода Фототранзисторы. Основные характеристики и параметры фототранзистора Фототиристоры. Фотоприемники с внешним фотоэффектом. Генераторы линейно изменяющегося напряжения ГЛИН. Генераторы напряжения треугольной формы. Генераторы с кварцевыми резонаторами и электромеханическими резонансными системами. При подаче входного напряжения и замкнутых ключах на выходе ОУ появится напряжение. После размыкания ключей последовательно с входным сопротивлением для дифференциального сигнала оказывается включенным сопротивление , что вызовет изменение входного и выходного напряжений: Генераторы напряжения и шумов во входной цепи ОУ. Максимальные выходные напряжение и ток указываются в ТУ на изготовление ОУ.
Блоггер 51 мурманская область последние новости
Контурная карта география беларуси
Особенности гражданского права рф
Толщина утепления минватой
Рыба холодного копчения в домашних условиях рецепты