10.1. Операционные усилители. Основные понятия

Операционными усилителями (ОУ) называют усилители постоянного тока, предназ­наченные для выполнения различного рода операций над аналоговыми сигналами при работе в схемах с отрицательной обратной связью. Они обладают очень боль­шим коэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и несимметричный выход с низким выходным сопротивлением. Условное упращенное обозначение ОУ приведено на Рис. 7.1., а. Общую информационную шину (корпус) и цепи питания на схемах обычно не показывают. Один из входов ОУ, отмеченный знаком «+», называется неинвентируюшим. При подаче сигнала на этот вход и соединении второго входа с корпусом выходное напряжение находится в фазе с входным. Второй вход ОУ, отмеченный знаком «-», называется инвертирующим. При подаче сигнала на этот вход и соединении другого входа с корпусом напряже­ние на выходе ОУ находится в противофазе со входным. Помимо трех сигнальных кон­тактов (двух входных и одного выходного) ОУ содержит дополнительные контакты (число контактов обычно составляет 14 или 16). Для облегчения понимания назна­чения контактных выводов применяется более полное условное обозначение ОУ (Рис. 7.1., б). Символами NС обозначают выводы балансировки, символами FС — выводы частотной коррекции. Существуют и другие вспомогательные выводы.

Рис. 10.1. Условно графическое обозначение операционного усилителя

a) упращенное б) полное

10.2. Определения основных параметров

В разных источниках информации, как в отечественных, так и зарубежных, существует различная трактовка одних и тех же параметров, нормируемых на операционные усилители (ОУ), а некоторые параметры приводятся вообще без пояснений. Все это затрудняет выбор конкретного ОУ при решении практических задач. Ниже приводятся основные характеристики ОУ в трактовке, показавшейся авторам наиболее подходящей.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Ряд авторов справочных изданий и разработчиков ОУ используют свои условные обозначения параметров, что также вносит дополнительные сложности. Зарубежные фирмы также используют в ряде случаев свои индексы и обозначения. Поэтому следует ориентироваться на полное название параметра.

Операционный усилитель – усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью (ООС). Комплексная схема из ОУ и внешних элементов, образующих ООС, носит название решающего усилителя (РУ).

Дифференциальный операционный усилитель (ДУ) – операционный усилитель, имеющий два симметричных входа.

Входное напряжение (UBX) – напряжение между выводами входа и земли или напряжение между входными выводами дифференциального ОУ (дифференциальное входное напряжение (UВХДИФ).

Предельное входное напряжение (UBX.MAKC) – максимальное значение входного напряжения, не вызывающее необратимых изменений в ОУ.

Коэффициент усиления ОУ (КY, Uили К) – отношение приращения значения выходного напряжения (тока) ОУ к вызвавшему это приращение значению входного напряжения (тока).

Напряжение смещения ОУ (UCM) – значение постоянного входного напряжения, при котором выходное напряжение равно нулю.

Средний температурный дрейф напряжения смещения (ΔUсм/ΔТ) – максимальное изменение значения Uсм при изменении температуры окружающей среды (Рис.1). Имеет размерность мкВ/*С.

Временной дрейф напряжения (э. д.с.) смещения (ΔUCM/Δt) – максимальное изменение UCM (Есм) операционного усилителя за указанный интервал времени через заданный интервал после включения при условии необходимой стабильности прочих воздействующих факторов.

Синфазные входные напряжения (UBX. сф) – на практике пользуются двумя определениями Uвх. сф:

1.  Напряжения между каждым из входных выводов ОУ и землей, амплитуды и фазы которых совпадают, или что фактически эквивалентно среднему арифметическому напряжений.

Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений (Кос сф) – коэффициент, равный отношению синфазного входного напряжения к дифференциальному входному напряжению, вызывающих одно и то же приращение выходного напряжения ОУ.

Максимальное выходное напряжение (UBblXMAKC) предельное значение выходного напряжения ОУ при оговоренном сопротивлении нагрузки и напряжении входного сигнала.

Входной ток ОУ (IВХ) – ток, протекающий во входной цепи ОУ. В технических условиях под входным током подразумевают средний входной ток, определяемый как среднее арифметическое входных токов по каждому из входов IBX, и IBX 2 при заданном значении выходного напряжения. Так как IBX1 = IBX2, то значение входного тока приблизительно совпадает с входным током каждого входа ОУ. В технических условиях обычно приводятся сильно завышенные значения IВХ.

Разность входных токов (ΔIВХ) – разность значений токов, протекающих через входы дифференциального ОУ, при заданном значении входного напряжения.

Предельный выходной ток (IВЫХ МАКС) ~ максимальное значение выходного тока при оговоренном выходном напряжении, не вызывающем необратимые изменения в ОУ.

Входное сопротивление (RBX) - величина, равная отношению приращения входного напряжения ОУ к приращению входного тока при заданном значении частоты сигнала. Фактически это сопротивление между входами ОУ (Рис.10.2). Необходимо помнить, что входное сопротивление ОУ и РУ – два разных понятия, так, в случае неинвертирующего включения входное сопротивление РУ много больше Rbx ОУ, на базе которого он построен.

Входное сопротивление для синфазных напряжений (Rbx, сф) – величина, равная отношению приращения синфазных входных напряжений ОУ к приращению IВХ при заданной частоте сигнала (Рис.10.2). Этот параметр приводится достаточно редко, и ориентировочное значение лежит в диапазоне от сотен килоом (ОУ с биполярными входными транзисторами) до десятков гигаом (ОУ с полевыми транзисторами).

Выходное сопротивление (RBblx) – величина, равная отношению приращения выходного напряжения ОУ к вызвавшему его приращению выходного тока (Рис. 10.2.). Этот параметр нормируется достаточно редко, и ориентировочное его значение составляет десятки - сотни Ом. Необходимо помнить, что выходное сопротивление РУ во много раз меньше, чем RBыx ОУ, на базе которого он построен.

Рис. 10.2. Входное и выходное сопротивление ОУ

На зарубежные ОУ нормируется значение входного импеданса (ZBX) (Input Impedance), что эквивалентно параллельному соединению Rвх и Свх. С увеличением частоты входного сигнала (приблизительно со 100 кГц) значение Zвх уменьшается.

Время установления выходного напряжения (tycT) – время от момента подачи на вход импульса напряжения прямоугольной формы до момента последнего вхождения выходного напряжения в зону заданной погрешности.

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (VU вых, max) – наибольшая скорость изменения выходного напряжения ОУ при воздействии импульса максимального входного напряжения прямоугольной формы (Рис. 3.). Определяется как отношение приращения выходного напряжения к времени tHAP, за которое произошло это приращение dUBblx/dt. Максимальная скорость нарастания на данном этапе развития электроники лежит в пределах от десятых долей В/мкс (прецизионные ОУ) до сотен В/мкс (быстродействующие ОУ).

Для передачи без искажений синусоидального сигнала необходимо выбирать ОУ из следующего соображения:

где Um и f – амплитуда и частота синусоидального сигнала.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – зависимость модуля коэффициента усиления от частоты.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) – зависимость аргумента коэффициента усиления ОУ от частоты.

Частота единичного усиления (ft) – это частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице.

Рабочий диапазон температур (Т) – диапазон температур, при котором гарантируются нормируемые параметры ОУ.

Технические характеристики некоторых операционных усилителей

Таблица 10.1.

Прибор

Ky, u, тыс

Uсм, мВ

Iвх, нА

ΔIвх, нА

Rвх, МОм

МОм

Rвых, Ом

Iвых. max, мА

f1 f*срз, Мгц

VUвых. max В/мкс

140УД601А

70

5

20

30

10

15

1

12

150

3

1

2,5

КР140УД608

70

10

650

30

10

15

1

11

150

3

0,35

0,5

КР140УД708

30

6

300

400

200

15

0,4

10,5

200

20 к. з.

0,8

0,3

КР140УД8А

50

100

100

0,2

0,15

15

1000

12

200

20 к. з.

1

2

К140УД14А

50

2

15

2

0,2

15

30

11

300

20 к. з.

0,3

0,05

КР140УД17А

200

0,075

6

12

3,8

15

30

12

70

6

0,55

0,1

КР140УД23А

25

10

20

20

0,05

15

0,3

11

70

9

10

30

КР140УД24

1000

0,005

0,05

0,01

0,005

5

0,3

4,7

70

9

1

2,5

КР140УД26А

1000

0,03

0,3

40

35

15

0,3

12

70

9

20

11

К157Д1

50

5

50

500

150

15

1

12

20

400к. з

0,5

0,5

КР544УД2А

20

30

50

0,1

0,1

0,11

104

10

200

8

15

20

КФ1040УД2

1

50

30

2500

250

2410

103

1..22,5

100

500

0,25

0,1

КФ1053УД1

25

6

30

500

200

7,5

103

4,5

100

70

0,25

0,1

1422УД1

50

5

18

500

200

15

0,25

10

150

1000

1

0,6

КР1426УД1

60

3

25

2000

400

1810

0,25

Uп-2

150

45

3

5

Список литературы

1.  Г., М. Эектроника : учеб. пособие для вузов – М. : Высшая школа, 1991. – 622 с.

2.  Г., Г., А. Усилительные устройства : Сборник задач и упражнений: учебное пособие для вузов / под ред. В. Г. Войшвилло. – М. : Радио и связь, 1986. – 160 с.

3.  М. Электронные элементы устройств автоматического управления : схемы, расчёты, справочные данные. – М. : ИКЦ «Академкнига», 2006. – 680 с.

4.  Краткий справочник конструктора РЭА : справочник / под ред. Г. – М. : «Сов. радио», 1973. – 856 с.

5.  Интегральные микросхемы: операционные усилители : Обзор. – М. : Додека, 1994. – 48 с.: ил.

6.  Полупроводниковые приборы : справочник / по ред. Л. – «НТЦ МИКРОТЕХ», 2000. – 176 с.: ил.

Григорьев Олег Иванович

РАСЧЁТ МНОГОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Методические указания по расчетно-графической работе

Технический редактор: О. И. Григорьев

Компьютерная верстка: Е. В. Мурнина

Корректор: С. Н. Емельянова

Подписано в печать: 18.11.11 г.

__________________________________________________________

Подписано в печать 18.11.11 г. Формат 60×90/16

Гарнитура «Times New Roman».Усл. п. л. 2,7.

Тираж экз. Заказ № 000.

Адрес издательства:

Россия, 180000, Псков, .

Издательство ПГУ

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8

Основные порталы (построено редакторами)

Домашний очаг

Дом • Дача • Садоводство • Дети • Активность ребенка • Игры • Красота • Женщины • (Беременность) • Семья • Хобби
Здоровье: • Анатомия • Болезни • Вредные привычки • Диагностика • Народная медицина • Первая помощь • Питание • Фармацевтика
История: СССР • История России • Российская Империя
Окружающий мир: Животный мир • Домашние животные • Насекомые • Растения • Природа • Катаклизмы • Космос • Климат • Стихийные бедствия

Справочная информация

Документы • Законы • Извещения • Утверждения документов • Договора • Запросы предложений • Технические задания • Планы развития • Документоведение • Аналитика • Мероприятия • Конкурсы • Итоги • Администрации городов • Приказы • Контракты • Выполнение работ • Протоколы рассмотрения заявок • Аукционы • Проекты • Протоколы • Бюджетные организации
Муниципалитеты • Районы • Образования • Программы
Отчеты: • по упоминаниям • Документная база • Ценные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темам • Финансы • города Российской Федерации • регионы • по точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминология • Финансовая • Экономическая
Время: • Даты • 2015 год • 2016 год
Документы в финансовой сфере • в инвестиционной • Финансовые документы - программы

Техника

Авиация • Авто • Вычислительная техника • Оборудование • (Электрооборудование) • Радио • Технологии • (Аудио-видео) • (Компьютеры)

Общество

Безопасность • Гражданские права и свободы • Искусство • (Музыка) • Культура • (Этика) • Мировые имена • Политика • (Геополитика) • (Идеологические конфликты) • Власть • Заговоры и перевороты • Гражданская позиция • Миграция • Религии и верования • (Конфессии) • Христианство • Мифология • Развлечения • Масс Медиа • Спорт (Боевые искусства) • Транспорт • Туризм
Войны и конфликты: Армия • Военная техника • Звания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работы • Научно-технический прогресс • Педагогика • Рабочие программы • Факультеты • Методические рекомендации • Школа • Профессиональное образование • Мотивация учащихся
Предметы: Биология • География • Геология • История • Литература • Литературные жанры • Литературные герои • Математика • Медицина • Музыка • Право • Жилищное право • Земельное право • Уголовное право • Кодексы • Психология (Логика) • Русский язык • Социология • Физика • Филология • Философия • Химия • Юриспруденция

Мир

Регионы: Азия • Америка • Африка • Европа • Прибалтика • Европейская политика • Океания • Города мира
Россия: • Москва • Кавказ
• Регионы России • Программы регионов • Экономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги - контроль • Ценные бумаги - оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит
Промышленность: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика
Строительство • Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством