Параметри і схеми операційних підсилювачів.

Коефіцієнт підсилення (К) - відношення зміни вихідної напруги до викликаного його зміни напруги між входами підсилювача.

Середній вхідний струм зсуву (Iвх) - середнє арифметичне значення струмів по двох входах підсилювача, обмірюваних за умови, що напруга на виході підсилювача в цей час дорівнює нулю. Iвх=0,1...10 мкА.

Різниця вхідних струмів (D Iвх) - різниця струмів по двох входах підсилювача при рівності нулю напруги на виході підсилювача. D Iвх від 0 до декількох мікроампер.

Вхідна напруга зсуву (DUвх) - напруга, що потрібно прикласти між входами підсилювача для одержання нуля на виході. DUвх=0... 10мВ.

Максимальна синфазна вхідна напруга (Uсф) - припустиме значення напруг, що прикладаються одночасно до обом виводів, при якому підсилювач зберігає свої основні характеристики. Від ±(1-2) до ±(8-10) В.

Вхідний опір - опір з боку будь - якого входу, у той час як інший приєднаний до землі.

Вихідний опір - опір підсилювача з боку вихідного затискача в такому режимі, коли напруга на цьому затискачі дорівнює нулю. Rвих=25-300 Ом.

Максимальна вихідна напруга (Uвих) - амплітуда вихідної напруги щодо нуля при роботі ОП на лінійній ділянці. Uвих= ±(3 -13 В).

Максимальний вихідний струм(Iвих) - максимальний струм навантаженні підсилювача, що не викликає виходу його з ладу. Iвих = 1-10мА.

На мал. в приведена амплітудна характеристика ОП. Оскільки реальний ОП має кінцевий коефіцієнт підсилення, графік залежності вихідної напруги від вхідного не являє собою вертикальну пряму лінію, а має нахил, обумовлений коефіцієнтом підсилення ОП:

Кyu = Uвих_. /Uвх

Uвих, У Дб Кyu

6 дб/окт

+Uип 80

+Uвих 60 12дб/окт

U вих 20 18 дб /окт

U вх (Uдиф), мВ 0 1 10 100 1000 Гц

U вх

U см 180

в) -U ип j⁰

Мал. в. Амплітудна характеристика операційного підсилювача ОП.

Мал. г. Частотна і фазова характеристики ОП.

Амплітудна характеристика не проходить через початок координат, а здвинута на напругу, рівну вхідній напрузі зсуву Uзc. Напруга зсуву - значення постійної напруги на вході ОП, при якому вихідна напруга дорівнює нулю.

Ця напруга викликає у вхідному ланцюзі ОП струм зсуву або просто вхідної струм - струм, що втікає (або випливає) у любий з вхідних виводів при вихідній напрузі, рівній нулю, звичайно виражається як середнє значення двох вхідних струмів:

Різниця вхідних струмів

DIвх=I вх₁-I вх₂ або DIвх=½Iвх₁-Iвх₂½.

При напрузі на виході, що наближається до рівнів джерел живлення, вихідні каскади операційного підсилювача входять у насичення. При досягненні повного насичення вихідна напруга обмежується на рівні +Uвих, -Uвих, що визначається головним чином напругами позитивного і негативного джерел живлення і схемно технічними рішеннями вихідного каскаду ОП.

Коефіцієнт підсилення ОП є функцією і з збільшенням частоти падає.

Частотна і фазова характеристики ОП (мал. г) складуються з частотної і фазової характеристик окремих каскадів, що працюють при різноманітних токах і навантаженнях.

Кожний каскад підсилювача має власну постійну часу і може бути подана у вигляді RC-ланцюжка. Тому сумарна частотна характеристика ОП в загальному вигляді апроксимується діаграмою Боде (мал. г.). Підсилювач, що володіє частотною характеристикою, зображений на мал. г. буде збуджуватися. Усунення збудження ОП досягається корекцією частотної характеристики. Для цього вводять негативні зворотні зв'язки, що знижують коефіцієнт підсилення на високих частотах і наближають частотну характеристику ОП до ланки першого порядку, тобто одержують спад частотної характеристики 6 дБ / октаву (20дБ/декаду) через точку одиничного посилення, а фазовий зсув на частоті одиничного посилення не повинна перевищувати 180⁰ для не інвертуючого входу ОП (360 для інвертуючого входу).

Частота одиничного посилення - частот, на якій посилення OП з розімкнутим зворотнім зв'язком дорівнює 0 дБ.

Схеми операційних підсилювачів

В даний час випускаються ОП у вигляді інтегральних мікросхем з різноманітними характеристиками. Основні схеми посилення показані на мал.

11.1

11.1

11.1

		U1
			-   +

11.1

		R

Uвих = Uвх

11.1

Uвих = - R Iвх

11.1

11.1

11.1

11.1

11.1

11.1

11.1

Підсилювач посилює різницю сигналів. При цьому Uвих <0 при U1>U2, Uвих >0 при U1>U2. Якщо на виході поставити регіструючий полярність вихідного сигналу, то він буде показувати, який з сигналів більше, тобто буде здійснювати порівняння сигналів.

11.1

		R4

11.1

11.1

а) б)

Мал. ОП в схемі генератора (а) і діаграма роботи генератора (б).

Позитивний зворотній зв'язок забезпечується дільником R1 і R2. Резистор R1 включений між виходом і не інвертуючим входом ОП, а час задаючої ланцюжок включена так, що її конденсатор виключає дію негативного зворотного зв'язка під час лавино образного процесу.

Режим автоколивання цього генератора полягає у наступному. У момент t=0 включаються джерела живлення ОП, і нехай вихідна напруга U почне, збільшуватися, викликаючи збільшення напруги +U, що призводить до ще більшого збільшення напруги U. Розвивається лавино образний процес, у результаті якого вихідна напруга і стрибкоподібно зростає до значення Е, а вихідна +U- до UR=g E, де g =R2/(R₁+R₂). Напруга U- при цьому буде залишатись практично незмінною і рівною нулю.

Процес заряду конденсатора через резистор R викликає збільшення напруги U-, що прямує до рівня Е по експоненціальному закону. У момент t=tн1 виконується рівність +U= -U. Вихідна напруга U при цьому зменшується до нуля і начиняє змінювати полярність на протилежну - негативну. Процес цієї зміни відбувається лавино образно. У результаті його закінчення напруга U стане рівним -Е, а +U=-UR. Конденсатор почне розряджатися через резистор R, прямуючи перезарядитися до напруги -Е. У момент, коли при перезарядженні напруга - U досягає значення -UR, знову відбувається перекидання ОП. Описані процеси повторюються.