Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Способность усиливать разность напряжений на неинвертиру-ющем uBxl = и„И и инвертирующем ивх2 = и„ входах, равную разности потенциалов между неинвертирующим и инвертирующим входами
определяет название усилительного каскада «дифференциальный».
Вместо биполярных транзисторов в дифференциальном усилительном каскаде могут применяться полевые транзисторы.
Значения основных параметров дифференциальных усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах того же порядка, что и у каскадов с ОЭ и ОИ соответственно.
Основные достоинства дифференциальных усилительных каскадов — помехоустойчивость к синфазным помехам и малый дрейф нуля — до 1 — 10 мкВ/°С, что в 20 —100 раз меньше дрейфа нуля в небалансных усилителях постоянного тока. По этой причине дифференциальные усилительные каскады применяются, в частности, в качестве входных каскадов операционных усилителей.
15.5. Операционные усилители
Операционные усилители (ОУ) представляют собой разновидность усилителей постоянного тока (см. рис. 15.1, а). Свое название «операционные» усилители этого типа получили от первоначальной области их преимущественного применения для выполнения математических операций над аналоговыми величинами (сложение, вычитание, интегрирование и т.д.). В настоящее время ОУ применяются при создании электронных устройств самого различного функционального назначения (стабилизаторов напряжения, генераторов сигналов различной формы и т.д.). Операционные усилители выполняют многокаскадными с непосредственными связями. На входе ОУ включается дифференциальный усилительный каскад постоянного тока для уменьшения дрейфа нуля (на полевых транзисторах и для увеличения входного сопротивления), затем — промежуточные усилительные каскады для получения необходимого усиления и на выходе — по-
357
вторитель напряжения для уменьшения выходного сопротивления. Разработка ОУ — сложная проблема. Однако это не затрудняет их практического применения, так как они изготовляются в виде интегральных схем.
Реальный операционный усилитель. В режиме малого сигнала входная и выходная цепи ОУ представляются схемой замещения на рис. 15.13, элементы которой отражают основные параметры ОУ:
ZW= 104—10ю Ом (15.9)
— входное сопротивление;
Явыхоу= Ю-50 Ом (15.9а)
— выходное сопротивление;
i/ ^вых.х
л^хоу-ут- (15.96)
— коэффициент усиления напряжения, равный отношению действующих значений синусоидальных напряжений на выходе и входе ОУ в режиме холостого хода (Rn = «>).
Узел 0 с нулевым потенциалом в схеме замещения выходной цепи ОУ соответствует эквипотенциальной точке / цепи питания. На рис. 15.14, а и б приведены условные обозначения ОУ, на которых инвертирующий вход отмечен окружностью.
Усилительные свойства ОУ определяют его частотные и передаточные характеристики при разомкнутой цепи нагрузки.
Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ОУ (рис. 15.15) подобна ЛАЧХ биполярного транзистора (см. рис. 13.14). Аналогично последней на ЛАЧХ операционного усилителя различают граничную частоту frp0y, при которой коэффициент уси-
"вхОУ
1>
Є*7
Bx ОУ
^вых ОУ
(ZZb
K 'н
9 о----о—у-'>
! «вх.и t
"вых="н ПЛ„
^ихОУ"вхОУ
358
Рис. 15.13
о—(5
о—Л
201gA"„xOy, дБ
Г
+E -о
-Е -о
б
Рис. 15.14
10и 102 104 1 06 /Гц Рис. 15.15
ления напряжения ОУ уменьшается относительно его значения при нулевой частоте
КцхОУ(0)=104-105 (15.10)
в Л, или 0,707 раз, а величина 20IgAuxQy — на 20 Ig 72 = 3 дБ, и частоту единичного усиления/|, при которой коэффициент усиления напряжения ОУ КихОУ = 1-
Передаточные характеристики ОУ определяют зависимости напряжения на его входе от напряжений на инвертирующем *4ых.х(^вх.и) при ?/вхни = 0 и неинвертируюшем с/выхх(?/вхни) при UBXM = 0 входах в режиме постоянного тока при разомкнутой цепи нагрузки (рис. 15.16, а, зависимости / и 2).
Для типового значения ЭДС источника питания E= 10 В насыщение транзистора выходного каскада с учетом (15.10) произойдет при UBXHac~ E/Kuxoy(o) = ±(0,1 — 1) мВ. Дальнейшее увеличение напряжения UBX не вызывает изменения напряжения на выходе.
E
б
359
Рис. 15.16
Значения коэффициента усиления напряжения ОУ при нулевой частоте в режиме холостого хода A„xoy(0), частоты единичного усиления fx, максимального постоянного напряжения на выходе ОУ (Увыхтах при номинальном напряжении питания и входного сопротивления /(вхоу указываются в справочниках.
Кроме перечисленных в справочниках указывают также значения других параметров ОУ (табл. 15.2):
• постоянного наибольшего напряжения смещения на входе Ucti при напряжении на выходе, равном нулю;
• постоянных токов по инвертирующему и неинвертирующему входам /вх0у и разность этих токов А/вхОУ;
• коэффициента ослабления синфазных напряжений A00 сф;
• номинальных напряжения ±Е и тока /пит питания;
• минимально допустимого сопротивления цепи нагрузки Rn.
Идеальный операционный усилитель. Пренебрегая малым значением напряжения насыщения і7вхнас, введем понятие идеального ОУ, у которого коэффициент усиления напряжения в режиме холо-
Таблица 15.2
Параметры некоторых типов операционных усилителей
