Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Операционные усилители. Составной частью практически всех современных усилительных схем являются



Составной частью практически всех современных усилительных схем являются операционные усилители (ОУ), которые могут быть интегрированными (монолит­ными) или гибридными (состоящими из монолитных и дискретных частей). В состав интегрированного ОУ входят сотни транзисторов, резисторов и конденса­торов. Разработчики аналоговых устройств, меняя подключение дискретных ком­понентов к выводам ОУ, реализовали большое количество полезных схем (не толь­ко усилительных). На основе ОУ строятся специализированные ИС, часто назы­ваемые интегральными схемами прикладной ориентации (ASIC). В последующих разделах будут приведены типовые схемы интерфейсных устройств, реализован­ные на ОУ, часто применяемые для подключения различных датчиков.

На рис. 5.5 показано схематичное представление ОУ. Типовой ОУ, как прави­ло, обладает следующими характеристиками:

• Двумя входами: инвертирующим (-) и неинвертирующим (+)

• Высоким входным сопротивлением (порядка сотен МОм и даже ГОм)

• Низким выходным сопротивлением (доли Ома)

• Способностью работать с емкостной нагрузкой

• Низким входным напряжением смещения е0 (несколько мВ и даже мкВ)

• Низким входным током смещения i0 (несколько пА и даже меньше)

• Очень высоким коэффициентом усиления при разомкнутой цепи обратной свя­зи (ОС) A0L (104 ...106 и даже выше). Этот коэффициент показывает во сколько раз ОУ увеличивает разность напряжений между двумя входами.


Высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС). КОСС показывает насколько эффективно ОУ подавляет синфазные сигналы оди­наковой амплитуды VCM, одновременно поданные на оба входа Низким коэффициентом собственного шума Широким рабочим частотным диапазоном Низкой чувствительностью к помехам по шине питания Высокой стабильностью характеристик при изменении параметров окружа­ющей среды


 


 


Рис. 5.5. А — основное символьное обозначение ОУ, Б циента усиления ОУ от частоты


зависимость коэффи-


Для получения более подробной информации и рекомендаций по примене­нию ОУ следует обращаться к специализированным справочникам, в которых даны подробные описания характеристик каждого типа выпускаемых ОУ. Часто в та­кой литературе ОУ сгруппированы по следующим критериям: ОУ с низким на­пряжением смещения, ОУ с низким током смещения, малошумящие ОУ и т.д.

На рис. 5.5А показан ОУ без цепи ОС. Такой усилитель часто называют ОУ с разомкнутым контуром ОС. В справочниках приводятся значения коэффициен­тов усиления ОУ без ОС, которые не являются постоянными во всем частотном диапазоне. Зависимость этих коэффициентов от частоты показана на рис. 5.5Б. На значения коэффициентов усиления ОУ также влияют сопротивление нагруз­ки, температура окружающей среды и флуктуации напряжения питания. Для мно­гих ОУ без ОС температурная чувствительность коэффициента усиления состав­ляет порядка 0.2...1%/°С, а чувствительность к изменению напряжения питания — порядка 1%/%. ОУ без ОС практически никогда не используются, поскольку высокий коэффициент усиления приводит к нестабильной работе схемы, силь­ному температурному дрейфу характеристик, повышенному шуму и т.д. Напри­мер, при коэффициенте усиления ОУ без ОС, равном 105, входной дрейф напря­жения в 10 мкВ вызовет дрейф выходного напряжения порядка 1 В.

Произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания характеризует способность ОУ усиливать высокочастотные сигналы малой амплитуды. Это произве­дение равно частоте fv при которой коэффициент усиления ОУ становится равным 1, т.е. ОУ перестает усиливать сигнал. На рис. 5.6А показан неинвертирующий усилитель. В этом усилителе цепь ОС сформирована двумя резисторами: ,R1 R2 .Результирующий

 

7"



Глава 5. Интерфейсные электронные схемы


коэффициент усиления такого усилителя с ОС равен: А = 1+ R2/R1

будет постоян­ным в более широком частотном диапазоне (см. рис. 5.5Б), но ограничивающая частота f1останется такой же, как и в ОУ без ОС. Глубина ОС определяет такие параметры этой схемы, как линейность, стабильность коэффициента усиления и выходной импеданс, которые теперь в основном зависят от характеристик компонентов ОС. Для получения высокой точности необходимо обеспечить выполнение следующего правила: коэффи­циент усиления ОУ без ОС должен быть, по крайней мере, в 100 раз больше коэффици­ента усиления ОУ с ОС на самой высокой рабочей частоте. Для более высокой точности это отношение должно быть равно 1000 и даже больше.



(А)


Рис. 5.6. А — неинвертирующий усилитель, Б — генераторы, подсоединенные ко входам ОУ, представляют напряжения и токи смещения

ОУ усиливают не только полезные сигналы, но и паразитные напряжения и токи, попадающие на их входы (рис. 5.6Б). Поэтому в справочной литературе для них обычно приводятся технологические допуски на значения токов и напряже­ний смещения.

Из-за напряжений и токов смещения выходной сигнал интерфейсной схемы при нулевом входном сигнале практически никогда не бывает равным нулю. В схе­мах, работающих с постоянными или медленно меняющимися сигналами, серьез­ной проблемой является освобождение полезного сигнала от этих нежелательных компонентов. На практике величину напряжения смещения регулируют двумя спо­собами: непосредственно на ОУ (если в нем предусмотрены регулировочные выво­ды) или при помощи независимых внешних компенсационных цепей.

Величину выходного напряжения смещения можно определить из выражения:

 

 


 

где Reqv

 

эквивалентное входное сопротивление, состоящее из выходного сопро-

тивления датчика и входного сопротивления усилителя; е0входное напряжение смещения, а i0 — входной ток смещения. Величина смещения тока и напряжений зависит от температуры. В схемах, где ОУ работает с большим коэффициентом уси­ления, выходное напряжение смещения может служить источником серьезных погрешностей. Существует несколько способов решения этой проблемы. Одним


5.2. Усилители I

из них является выбор ОУ с низким значением тока и напряжения смещения, а также высоким входным сопротивлением. Для эффективного снижения напряжения смещения также применяются усилители постоянного тока с модуляцией и демоду­ляцией сигнала.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.