Электротехника и электроника (стр. 14 )

Это означает, что для дифференциального входного сигнала отсутствует ООС по току через Rэ и коэффициент усиления каждого плеча ДУК, такой же, как и Кu без сопротивления Rэ. Это говорит о том, что Кuдиф у ДУК намного больше, чем у однотактного каскада УПТ без ООС по току.

При подаче на вход парафазного входного  сигнала ес1 или е с2 (рис.3.)  Кuпар несколько меньше чем Кuдиф, т. к. в усилении участвует один транзистор V1 при подаче ес1 или V2 при подаче е с2  и появляется влияние ООС на Rэ т. к. приращение тока ∆Iэ,  протекающего через Rэ остается не скомпенсированным приращением другого знака как в предыдущем случае.

Коэффициент усиления по синфазному входному сигналу можно определить по схеме, изображенной на рис.4.

Рис.4. Синфазный входной сигнал ДУК

Коэффициент усиления напряжения по синфазному входному сигналу:

Кuсф=;

Из данного выражения видно, что для подавления синхронной составляющей входного сигнала следует брать большие номиналы Rэ.

3.8 Назначение и область применения ОУ. Обозначение ОУ на принципиальных схемах.

Дифференциальные усилители постоянного тока (УПТ) – усилители, обеспечивающие усиление разности сигналов, поступающих на два входа усилителя в широкой полосе частот, включая и сигналы нулевой частоты (постоянный ток). Дифференциальные УПТ совместно с внешними элементами (резисторами, конденсаторами, диодами и т. д.) широко применяются для выполнения математических операций, например, сложения, вычитания, логарифмирования, дифференцирования и интегрирования. Поэтому сами дифференциальные УПТ часто называют операционными усилителями (ОУ).

Первый операционный усилитель K2W, выполненный с применением радиоламп, был разработан в 1942 году Л. Джули (США). Он содержал два двойных электровакуумных триода. Первые ОУ представляли собой громоздкие и дорогие устройства. С заменых ламп транзисторами операционные усилители стали меньше, дешевле, надежнее, и сфера их применения расширилась. Первые операционные усилители на транзисторах появились в продаже в 1959 году. Р. Малтер (США) разработал ОУ Р2, включавший семь германиевых транзисторов и варикапный мостик. Требования к увеличению надежности, улучшению характеристик, снижению стоимости и размеров способствовали развитию интегральных микросхем, которые были изобретены в лаборатории фирмы Texas Instruments (США) в 1958 г. Первый интегральный ОУ mА702, имевший рыночный успех, был разработан Р. Уидларом (США) в 1963 году. В настоящее время номенклатура ОУ насчитывает сотни наименований. Операционные усилители выпускаются в малогабаритных корпусах и очень дешевы, что способствует их массовому распространению.

Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем во многих областях аналоговой схемотехники.

В принципиальных схемах можно встретить обозначения операционных усилителей, приведенные на рис.1:

Рис.1. Обозначение ОУ на принципиальных схемах

Выводы 1 и 2 на обеих схемах – это, соответственно, инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя. Выводы 3, 4 – это входы для подключения балансировочного резистора, устраняющего ЭДС смещения. Вывод 5 является выходом ОУ. Выводы 6, 7 служат для подачи питания.

Напряжения на выходе ОУ возрастает при уменьшении напряжения на инвертирующем входе ОУ (либо при увеличении напряжения на неинвертирующем входе ОУ). Изменение напряжения на инвертирующем входе передается на выход с усилением и сменой направления изменения на противоположный, а изменение напряжения на неинвертирующем входе передается на выход с усилением и без смены направления изменения на противоположный. Это утверждение справедливо в режиме усиления.

Дифференциальный усилитель усиливает разностный (дифференциальный) сигнал. Его обозначают , или  . Это не что иное как разница напряжений (см. рис.2) на инвертирующем и неинвертирующем входах = . Выходное напряжение находится в одной фазе с входным дифференциальным напряжением .

Кроме входного дифференциального сигнала различают входной синфазный сигнал:

.

Чтобы обеспечить возможность работы операционного усилителя, как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, используется двухполярное питающее напряжение. Для этого используются два источника напряжения (ЭДС), которые подключаются к соответствующим внешним выводам ОУ согласно рис.2.

Рис.2. Обозначение ОУ

В дальнейшем, рассматривая схемы на ОУ, мы, как правило, не будем указывать выводы питания.

3.9 Основные параметры ОУ.

Различают статические и динамические характеристики ОУ.

Рассмотрим сначала статические параметры ОУ. К ним относятся:

Коэффициент усиления (дифференциального сигнала) по напряжению . Это отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению входного дифференциального напряжения . Величина приблизительно составляет .
ЭДС смещения или напряжение смещения () – дифференциальное входное напряжение, при котором выходное напряжение операционного усилителя равно нулю. Величина составляет мВ у ОУ с биполярными транзисторами во входной цепи, мВ – у ОУ с полевыми транзисторами во входной цепи и мВ – у прецизионных ОУ.

Если заземлить один из входов усилителя, то ЭДС смещения определяется напряжением, которое необходимо приложить ко второму входу, для того, чтобы выходное напряжение стало равно нулю. Сдвиг входного напряжения (ЭДС смещения) приводится в паспортных данных в милливольтах при 25°С и зависит от температуры и напряжения источника питания. Температурный дрейф сдвига входного напряжения измеряется в микровольтах на 1°С, как правило, находится в диапазоне от ±5 до ±50 мкВ/°С, хотя в усилителях постоянного тока с промежуточным преобразованием сигнала в переменный и обратно может составлять 0,1 мкВ/°С.

Передаточная характеристика.

Рис.3. Передаточная характеристика

Передаточная характеристика приведена на рис.3. На ней можно выделить линейный участок (ЛУ) и нелинейные области. На линейном участке операционный усилитель работает в режиме усиления. В режиме усиления при изменении входного дифференциального сигнала выходной сигнал ОУ также изменяется. Если входное дифференциальное напряжение выйдет за пределы, соответствующие ЛУ, то ОУ перестанет усиливать входной сигнал. При этом рабочая точка будет перемещаться по горизонтальным участкам передаточной характеристики и приращения выходного сигнала не будет.

Средний входной ток - это среднее арифметическое значение тока не инвертирующего и инвертирующего входов ОУ, измеряемое при условии равенства . Величина составляет мкА для ОУ с биполярными транзисторами; нА – для ОУ с полевыми транзисторами; Разность входных токов (при условии ). Величины разности входных токов и среднего входного тока сопоставимы как: .

Этот параметр имеет очень большое значение в тех случаях, когда входные сигналы подаются через резисторы с большим сопротивлением. Сдвиг (разность) входных токов зависит от температуры. Его значение обычно приводится в паспортных данных в наноамперах при 25°С, а температурная зависимость дается величиной его изменения в наноамперах на 1°С.