Операционные усилители. Усилители на АУ. Дифференциальные усилители на АУ. Измерительные усилители. Моменты случайных величин

Страницы работы

Содержание работы

7 Аперацыйныя ўзмацняльнікі

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.

8  ўзмацняльнікі на АУ

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).

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Ответы на экзаменационные билеты
Размер файла:
413 Kb
Скачали:
0