Аналоговые устройства. Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода, страница 8

U_ос

Коэффициент усиления усилителя охваченного отрицательной обратU^вых ной связью K _uOOC =        .

U ₁вх

Из рис. 3.4 следует, что U _2вх =U _1вх −U _OOC , или

K _uOOC = K uU 2вх ₌               K ^uU 2вх                ₌ K u         

U 2вх +U OOC U 2вх +γK uU 2вх 1+γK u таким образом, 

K ^u

                                                                           K_UOOC =                     .                                             (3.8)

1+γK _u

Из (3.8) следует, что при глубокой ООС, когда 

γK _u  >>1, K _uOOC = ,                               (3.9)

т.е. коэффициент усилителя K _uOOC зависит только от свойств цепи обратной связи и мало зависит от свойств самого усилителя.

Аналогично можно показать, что ООС изменяет значение входногоZ_вхООС и выходного Z_выхООС сопротивлений усилителя.

Z^вых

Z_вхООС = Z_вх(1+ K _uγ) и Z_выхООС =,              (3.10)         1+ γK _u

т.е. наличие ООС увеличивает модуль Z_вхООС и уменьшает модуль

Z_выхООС в сравнении с Z_вх и Z_вых усилителя без ООС.

1.3. Блок-схема и основные параметры микросхемы операционного усилителя

Микросхема операционного усилителя – это высококачественный усилитель в интегральном исполнении, предназначенный для усиления как постоянных ( f = 0), так и переменных сигналов. Поскольку раньше такие усилители использовались в аналоговых вычислительных машинах для выполнения математических операций (сложения, вычитания и т.д.), то этим объясняется происхождение термина «операционный».

          В настоящее время ОУ широко используются в виде полупроводниковых аналоговых интегральных микросхем для решения многочисленных задач усиления, преобразования, сравнения, генерирования маломощных сигналов. Упрощенное графическое обозначение операционного усилителя на схемах приведено на рис. 3.5.

+Uпит

Рис. 3.5. УГО микросхемы операционного усилителя

Дифференциальный УПТ Выходной каскад по входной с большим схеме эмиттерного каскад К_и повторителя

Рис. 3.6. Блок-схема операционного усилителя

Блок-схема операционного усилителя приведена на рис. 3.6. ОУ представляет собой довольно сложное электронное устройство, состоящее из входного дифференцирующего каскада, усилителя постоянного тока с большим коэффициентом усиления и выходного каскада на схеме эмиттерного повторителя.

Чаще всего для питания ОУ применяют двухполярный стабилизированный источник постоянного тока.

В идеализированном представлении его коэффициент усиления по напряжению K_u  очень высок (K_u →∞), он имеет большое входное (R_вх →∞) и малое выходное (R_вых → 0) сопротивления.

Параметрами ОУ можно управлять посредствам введения внешних цепей обратных связей.

1.4. Схемотехнические разновидности усилителей на основе микросхемы ОУ

1.4.1. Инвертирующий усилитель

Если прямой (неинвертирующий) вход ОУ заземлить (соединить с общей шиной), а на инвертирующий вход подать входное напряжение u_вх(t ) рис. 3.7а, то напряжение на выходе u_вых(t ) можно определить по выражению

R² u_вх(t ); K_u =− R² ,            (3.11) u_вых(t ) =−

                                                                                 R1                                         R1

Из рис. 3.7а следует, что в этой схеме действует параллельная обратная связь по напряжению. Так как i₋ = 0, то по первому закону

u^вх

Кирхгофа i₁ = i₂ . Тогда по второму закону Кирхгофа i₁ =              ,

R₁

uвых    R2 uвх; Uвых =− R2 Uвх. i2 =− и, следовательно uвых =−

                   R2                                                                           R1                                     R1

На рис. 3.7б приведена передаточная характеристика инвертирующего усилителя, а на рис. 3.7в – временные синхронизированные диаграммы напряжений.

Рис. 3.7. Схема (а), передаточная характеристика (б) и временные синхронизированные диаграммы напряжений инвертирующего усилителя на ИОУ

Знак (-) в 3.11 означает, что полярность u_вх и u_вых (см. рис. 3.7в) противоположны в каждый полупериод.