Разработка аналоговой части проектируемых устройств, страница 2

          Многие микросхемы ОУ (140УД17, 544УД2, ОР37А) имеют выводы для подключения внешнего потенциометра точной балансировки (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Нумерация и наименования выводов для ОУ

            типов   140УД14, 140УД17, 544УД2 и ОР37А

Действительно из табл. 2.1 видно, что без компенсации напряжения смещения  ОУ не может реализовать свой коэффициент усиления (если умножить U_см на К_у,U, то расчетное выходное напряжение многократно превысит напряжение питания U_п, что невозможно). Внешняя балансировка усилителей производится с помощью потенциометра R, подключаемого к  входам балансировки и к источнику питания +U_п1 (рис. 2.2, R = 20 кОм для 140УД17; R = 10 кОм для ОР37А; R = 150 кОм для 544УД2).

       Если, однако, с помощью цепей отрицательной обратной связи ограничить в ОУ коэффициент усиления К до сравнительно небольших значений (К £ 100), то компонент выходного сигнала, обусловленный U_см, окажется достаточно небольшим. Можно либо им пренебречь, либо компенсировать его в последующих усилительных звеньях. ОУ, рассчитанный на такое использование, не имеет входов для балансировки, а к освободившимся таким образом контактным площадкам могут быть подсоединены цепи коррекции амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) (140УД14). Наконец, в некоторых ОУ могут резервироваться выводы как для осуществления коррекции АЧХ, так и для внешней балансировки (544УД2). ОУ типа 544УД2, в отличие от 140УД14, имеет внутреннюю цепь коррекции АЧХ. Подключение внутренней коррекции производится замыканием выводов 1 и 8 микросхемы. В этом случае АЧХ усилителя на уровне –20 дБ расширяется с 1 МГц  до приблизительно 20 МГц.

          На рис. 2.3 изображены две базовые схемы включения ОУ в линейном режиме усиления.  Инвертирующий усилитель (рис. 2.3, а)изменяет знак выходного напряжения U_вых по отношению к входному напряжению U_вх на противоположный. Коэффициент усиления инвертирующего усилителя рассчитывается с помощью простого выражения:   К = U_вых / U_вх = – R₂/ R₁. Его входной импеданс численно равен R₁.

  Рис. 2.3 Усилители: а – инвертирующий; б –  неинвертирующий

Выходной импеданс R’_вых зависит от К_у,U, значения R_вых при отсутствии обратной связи и от глубины обратной связи: R’_вых = R_вых/1+(К_у,U/К).

Неинвертирующий усилитель на ОУ (рис. 2.3, б) сохраняет на выходе знак входного напряжения, и его коэффициент усиления рассчитывается по следующей формуле:    К = U_вых / U_вх = 1 + R₂/ R₁. Его входной импеданс совпадает с R_вх из табл. 2.1, а выходной импеданс –  с R’_вых.

Оба выражения для коэффициента усиления и все последующие расчеты схем с ОУ производятся на основании двух правил, называемых золотыми правилами ОУ, которые формально справедливы только для идеального ОУ, но дают хорошее приближение и для реальных ОУ.

Правило 1. В линейном режиме усиления входы (+) и (-) ОУ имеют практически один и тот же потенциал.

Правило 2. Входной ток по входам (+) и (-) ОУ пренебрежимо мал и может считаться равным нулю.

В тех случаях, когда ОУ должен усиливать переменное напряжение или иметь выходной сигнал, начинающийся с нуля, его следует питать от двух источников напряжения противоположной полярности, соединенных последовательно. Общая точка источников питания при этом должна быть обязательно соединена с “массой” схемы.