Операционные усилители Операционный усилитель (ОУ) – это

Операционные усилители Операционный усилитель (ОУ) – это унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока Типовой ОУ – это двух-трехкаскадный усилитель постоянного тока.

Входной каскад – дифференциальный усилительный каскад позволяет максимально уменьшить величину дрейфа нуля; позволяет получить высокое усиление; позволяет обеспечить максимально высокое входное сопротивление; позволяет подавить синфазные помехи. Согласующий каскад – предназначен для согласования входного и выходного каскадов, обеспечения усиления сигнала по напряжению и току, обеспечения возможности коррекции АЧХ ОУ. Выходной каскад – предназначен для: обеспечения усиления сигнала по мощности; обеспечения низкого выходного сопротивления.

Основные параметры и характеристики операционного усилителя • Синфазный сигнал – это одновременное, равное по величине и по знаку воздействие на оба входа (неинвертирующий и инвертирующий) ОУ. • Дифференциальный сигнал • Коэффициент усиления где и – амплитуды синусоидальных напряжений на выходе и неинвертирующем входе соответственно, при (коэффициенты усиления по неинвертирующему и инвертирующему входам – одинаковы). В линейном режиме Коэффициент усиления имеет величину порядка или 80 – 120 д. Б

Напряжение смещения – это постоянное напряжение, которое необходимо подать на вход ОУ для того, чтобы при отсутствии входных сигналов ( ) выходное напряжение было равно нулю ( ) Амплитудная характеристика Причина возникновения – неидентичность транзисторов входного дифференциального усилителя. Типовое значение единицы – десятки милливольт.

Входной ток – ток, протекающий во входных выводах ОУ и определяемый режимом по постоянному току транзисторов входного дифференциального усилителя. Типовое значение – сотни наноампер – единицы микроампер. Разность входных токов Причина возникновения – неидентичность транзисторов входного дифференциального усилителя (неидентичность коэффициентов передачи транзисторов). Типовое значение – единицы наноампер – единицы микроампер.

Входное сопротивление – сопротивление, измеряемое между входами ОУ; - сопротивление, измеряемое между объединенными входами ОУ и нулевой шиной. Типовое значение – сотни мегаом – единицы гигаом. Достигается использованием во входном дифференциальном каскаде полевых транзисторов. Выходное сопротивление – это сопротивление, измеряемое между выходом и нулевой шиной. Типовое значение – сотни Ом. Достигается применением на выходе ОУ усилительного каскада с ОК (эммитерного повторителя)

Частота единичного усиления – это частота, на которой коэффициент усиления равен 1. Типовое значение – от десятков мегагерц до единиц гигагерц. Дрейф нуля ОУ – проявляется в изменении под влиянием дестабилизирующих факторов: входных токов , разности входных токов и, главным образом, напряжения смещения Оценивается показателями: Типовое значение – единицы микровольт на градус. Типовое значение – единицы микровольт на 1 В изменения напряжения источника питания.

Характеристики операционного усилителя Амплитудная характеристика При D-динамический диапазон входных сигналов. Область D входных сигналов называется областью усиления.

Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) 1 – ЛАЧХ без коррекции 2 – ЛАЧХ с коррекцией – частота первого полюса. Типовое значение – от десятков до нескольких сотен герц. – частота второго полюса ОУ без коррекции. – граничная частота (частота единичного усиления). Типовое значение – от сотен тысяч герц до единиц гигагерц

Операционные усилители общего назначения Тип ОУ , ; мк. В/ ; тыс. н. А МГц В/мкс К 140 УД 1 7 20 8 7000 8 0, 4 К 140 УД 2 5 2 35 700 1 0, 2 К 140 УД 5 5 6 2, 5 1100 14 6 К 140 УД 6 5 20 60 33 1 2, 5 К 140 УД 7 4, 5 50 45 220 0, 8 0, 3 К 140 УД 8 20 50 0, 2 1 10 К 140 УД 9 5 20 350 1 0, 5 К 140 УД 1 6 6 500 - 6 К 140 УД 18 10 - 50 1, 0 1 2

Тип ОУ ; , ; мк. В/ тыс. н. А МГц В/мкс К 140 УД 22 10 20 50 0, 2 5* 7, 5 К 153 УД 1 5 20 600 1 0, 06 К 153 УД 2 5 20 500 1 0, 5 К 153 УД 3 2 15 200 1 0, 2 К 153 УД 5 2 10 125 100 0, 3 0, 005 К 153 УД 6 2 15 50 75 0, 7 0, 5 К 157 УД 4 5 50 300 1 0, 5 К 551 УД 1 1, 5 10 500 100 0, 8 0, 2 К 553 УД 1 2 20 15 200 1 0, 2 К 553 УД 2 7, 5 20 1500 1 0, 5 К 553 УД 3 2 10 25 200 1 0, 2 К 553 УД 5 1 - 1000 100 -

Высокоточные операционные усилители Тип ОУ , ; мк. В/ ; тыс. н. А МГц В/мкс К 140 УД 13 70 0, 5 0, 007 1, 0 0, 006 - * К 140 УД 17 75 3, 0 200 2, 5 4 0, 4 К 140 УД 21 70 0, 5 1000 1, 1 1, 0 1, 5 К 140 УД 24 5 0, 05 1000 0, 01 0, 8 2, 0 К 140 УД 25 30 0, 6 1000 40 3, 0 1, 7 К 140 УД 26 30 0, 6 1000 40 20 11

Ку, Цепь внутренней частотной д. Б коррекции замкнута. 80 60 40 20 f, Гц Типовая зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты при различной глубине отрицательной обратной связи для микросхемы 544 УД 2

Схемы замещения операционных усилителей Для сложных многокомпонентных электронных устройств классический подход к построению физической модели непригоден. Метод макромоделирования: - разделение объекта на совокупность блоков, обладающих конкретным функциональным назначением, и связей между ними;

- описание каждого функционального блока с требуемой детальностью совокупностью свойств, получаемых на основе эксперимента; - создание физических моделей функциональных блоков на основе отобранного набора свойств; - создание физической модели объекта в целом.

Физическая модель – это последовательность функциональных блоков, каждый из которых формирует те или иные характеристики макромодели Блок входных передаточных выходных импедансов характеристик Структурная схема макромодели ИМС

Последовательная нарастающая детальность учета свойств электронного устройства порождает иерархию макромоделей Операционный усилитель Простейшая макромодель – идеальный операционный усилитель

Свойства идеального операционного усилителя - выходное напряжение ℮ линейно зависит от входных напряжений ℮ = ; - коэффициент усиления и не зависит от частоты;

- входные сопротивления одинаковы и равны - выходное сопротивление - входные токи

+ - ~ ℮ = Схема замещения идеального операционного усилителя

Такая модель операционного усилителя является достаточно грубой, она не учитывает зависимость коэффициента усиления от частоты, влияние полюсов и , конечной величины входных и выходного сопротивлений, а также влияния температуры, дрейф нуля, шумы усилителя и т. п.

Уточнение схемы замещения операционного усилителя А. Схема замещения блока входных характеристик

Б. Схемы замещения блока передаточных характеристик Учет зависимости коэффициента усиления от частоты 1 Операционный усилитель с внутренней коррекцией ~ ℮ 2 ℮ = - выбирается в пределах 0, 5 – 1, 0 Мом

Операционный усилитель без внутренней коррекции 1 ~ ℮ 2 выбираются в пределах 0, 5 – 1, 0 Мом

Операционный усилитель. Амплитудно – частотная характеристика lg|K| 1 2 lg ƒ

Где цифрой 1 обозначена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) операционного усилителя (ОУ) без внутренней коррекции, цифрой 2 – АЧХ ОУ с внутренней коррекцией, , - полюса коэффициента передачи для операционного усилителя без внутренней коррекции, - частота первого полюса операционного усилителя с внутренней коррекцией, - частота единичного усилителя.

В. Схемы замещения блока выходных характеристик ~ Схемы замещения выходных характеристик операционного усилителя

Макромодель операционного усилителя 1 ~ ℮ ~ 2