Аперацыйным узмацняльнікам (АУ) называецца ўзмацняльнік напружання, які прызначаны для выканання розных аперацый з аналагавымі сігналамі. Ідэальны АУ з’яўляецца ідэальнай крыніцай напружання, якая кіруецца дыферэнцыяльным напружаннем з бясконца вялікім каэфіцыентам узмацнення. АУ мае два ўваходы, выхад і два вывады для сілкавання (мал. 2.1). Інверсавальны ўваход абазначаецца знакам «–» ці кружком, неінверсавальны – знакам «+» ці без знака. Дадатнае і адмоўнае напружанні сілкавання звычайна маюць аднолькавую велічыню і вывад, які з’яўляецца агульным для ўваходных і выхаднога сігналаў.
Мал. 2.1. Графічныя абазначэнні АУ: а) стандартнае; б) старое
Ідэальны АУ мае бясконца вялікае ўваходнае супраціўленне (нулявыя ўваходныя токі), нулявое выхадное супраціўленне (нагрузка не ўплывае на выхадное напружанне), бясконцыя каэфіцыенты падаўлення сінфазнага сігналу і ўзмацнення дыферэнцыяльнага сігналу, бясконцы дыяпазон частот сігналаў, якія ўзмацняюцца (ад 0 да ¥). Ідэальны АУ выконвае наступную аперацыю:
; 
, (2.1)
дзе AVOL = ¥ – каэфіцыент узмацнення дыферэнцыяльнага сігналу АУ.
Рэальныя АУ выконваюцца на аснове дыферэнцыяльных узмацняльнікаў (адзін-два каскады), карэктавальных інтэгратараў і ўзмацняльнікаў магутнасці. Тыповая схема АУ з адным каскадам дыферэнцыяльнага ўзмацнення прыведзена на мал. 2.2. Дыферэнцыяльны каскад выкананы на VT1, VT2 з нагрузкай у выглядзе токавага люстэрка на VT3, VT4. Інтэгравальнае звяно на VT5, VT6 ажыццяўляе частотную карэкцыю ўзмацнення, якая забяспечваецца спадам каэфіцыента ўзмацнення з хуткасцю 20 дБ/дэкаду, што патрэбна для ўстойлівасці АУ, ахопленага адмоўнай сувяззю. Узмацняльнік магутнасці выкананы на эмітэрным паўтаральніку VT7, VT8.
|
Мал. 2.2. Прынцыповая схема АУ з адным каскадам дыферэнцыяльнага ўзмацнення |
З улікам уласцівасцей рэальнага АУ схема яго замяшчэння прымае наступны выгляд (мал. 2.3):
|
Мал. 2.3. Схема замяшчэння рэальнага АУ |
Схема адлюстроўвае адрозненне рэальнага АУ ад ідэальнага. Характарыстыкі АУ можна падзяліць на статычныя і дынамічныя. Да статычных адносяцца: AVOL – каэфіцыент узмацнення дыферэнцыяльнага сігналу АУ пры пастаянным напружанні; VOS – напружанне зрушэння нулявога ўзроўню (напружанне паміж уваходамі пры uout = 0); Iin+, Iin– – уваходныя токі (токі праз уваходныя ланцугі АУ); DIin = Iin+ – Iin– – розніца ўваходных токаў; DVOS/DТ – тэмпературны каэфіцыент напружання зрушэння; DIin/DТ – тэмпературны каэфіцыент розніцы ўваходных токаў; CMRR – каэфіцыент падаўлення сінфазнага сігналу (CMRR = AVOL/AСM, дзе AСM – каэфіцыент узмацнення сінфазнага сігналу); Iout,mах – максімальны выхадны ток; Rout – выхадное супраціўленне. Да дынамічных характарыстык адносяць частату адзінкавага ўзмацнення f1 (частата пры AVOL = 1) і максімальную хуткасць нарастання выхаднога напружання VUout,mах.
Найбольш простымі прыладамі на АУ з адмоўнай зваротнай сувяззю з’яўляюцца неінверсавальны і інверсавальны ўзмацняльнікі, прынцыповыя схемы якіх прыведзены на мал. 2.5 (вывады для злучэння крыніц сілкавання не адлюстроўваюцца). Для разліку схемы неінверсавальнага ўзмацняльніка складзём ураўненні паводле другога закону Кірхгофа па контурах: 1) ^, R1, «–» уваход, «+» уваход, R3, uin, ^; 2) ^, uin, R3, «+» уваход, «–» уваход, R2, выхад, uout, ^ і ўраўненне паводле першага закону Кірхгофа для вузла, які ляжыць каля інверсавальнага ўвахода:
|
Мал. 2.5. Узмацняльнікі на АУ: а) неінверсавальны; б) інверсавальны |
(2.5)
дзе DU = u+ – u– – дыферэнцыяльнае напружанне паміж уваходамі АУ.
Для разліку схемы інверсавальнага ўзмацняльніка складзём ураўненні паводле другога закону Кірхгофа па контурах: 1) ^, uin, R1, «–» уваход, «+» уваход, R3, ^; 2) ^, R3, «+» уваход, «–» уваход, R2, выхад, uout, ^ і ўраўненне паводле першага закону Кірхгофа для вузла, які ляжыць каля інверсавальнага ўвахода:
(2.6)
З улікам уласцівасцей ідэальнага АУ з адмоўнай зваротнай сувяззю (DU = 0; Iin+ = Iin– = 0) з ураўненняў (2.5), (2.6) знаходзім каэфіцыенты ўзмацнення па напружанні для разглядаемых узмацняльнікаў:
; 
, (2.7)
дзе AVCL+, AVCL– – каэфіцыенты ўзмацнення неінверсавальнага і інверсавальнага ўзмацняльнікаў адпаведна. Большасць ланцугоў на АУ з адмоўнай сувяззю магчыма прадставіць як неінверсавальны ці інверсавальны ўзмацняльнікі з нелінейнымі ці частотназалежнымі элементамі замест R2 і R1. Пры гэтым формулы для сувязі uout з uin падобныя на (2.7).
Напружанне u– на схеме інверсавальнага ўзмацняльніка заўсёды роўна нулю па ўласцівасцях ідэальнага АУ, ахопленага адмоўнай зваротнай сувяззю, але сам гэты пункт схемы з агульным провадам не аб’яднаны, таму яго называюць пунктам «віртуальнай» зямлі. Уваходнае супраціўленне (Rin = uin/iin, дзе iin – уваходны ток) для неінверсавальнага ўзмацняльніка на ідэальным АУ Rin = ¥ і для інверсавальнага ўзмацняльніка Rin = R1. Пры ўзмацненні сігналаў ад крыніц з вялікім унутраным супраціўленнем аддаюць перавагу неінверсавальнаму ўзмацняльніку, паколькі пры гэтым можна пагрэбаваць падзеннем напружання на ўнутраным супраціўленні і лічыць, што ўсё напружанне, якое вырабляе крыніца, прыкладаецца да ўзмацняльніка (забяспечваецца рэжым халастога ходу крыніцы).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
