Классификация операционных усилителей

На практике в одном типе ОУ невозможно обеспечить все эти свойства, но в некоторых типах усилителей с достаточной для практики точностью к некоторым из этих свойств можно приблизиться.

В зависимости от степени приближения свойств реальных усилителей к свойствам идеального осуществляется классификация ОУ.

1. Усилители общего применения.

Для них K_u < 100 дБ.

Если K_u  100 дБ, то это прецизионный усилитель.

2. Быстродействующие усилители имеют скорость нарастания выходного напряжения больше и частоту единичного усиления больше

3. Микромощные усилители имеют малое потребление энергии (для портативных аппаратов).

4. Программируемые усилители

Можно регулировать свойства усилителей с той или иной целью.

Структурная схема операционного усилителя. Определения дифференциального и синфазного сигналов

В настоящее время большинство ОУ выпускаются по схеме прямого усиления и имеют следующую структуру:

Рис. 6. Структурная схема ОУ по схеме прямого усиления

Входной дифференциальный каскад содержит два равнозначных по электрическим свойствам дифференциальных (разностных) входа, и основная его задача максимальное усиление дифференциального (разностного) сигнала, наблюдаемого между входами усилителя.

На эквивалентной схеме можно следующим образом показать присутствие этого сигнала и дать его определение:

Рис. 7. Дифференциальный сигнал

Дифференциальные сигналы – сигналы одинаковой амплитуды, но противоположной фазы, присутствующие на обоих входах усилителя независимо от точки заземления источника.

Вторая задача входного дифференциального каскада – максимальное подавление синфазного сигнала.

Схема присутствия синфазного сигнала:

Рис. 8. Синфазный сигнал

Синфазные сигналы – сигналы одинаковой амплитуды и одинаковой фазы одновременно присутствующие на обоих входах.

Рис. 9. К пояснению понятия дифференциального и синфазного сигналов

(7)

(8)

Дополнительные и вспомогательные каскады – это, как правило, каскады дополнительного усиления, схемы частотной коррекции, схемы сдвига постоянной составляющей сигнала.

Выходной каскад – обычно усилитель мощности со схемой защиты от короткого замыкания.

В аппаратуре ОУ запитывается, как правило, от двухполярного источника питания, хотя, в принципе может работать и от однополярного питания. Но двухполярное питание необходимо для того, чтобы входные и выходные сигналы могли меняться в положительную и отрицательную сторону относительно нуля. При этом, если в усилителе заземлить неинвертирующий вход, и подавать сигнал на инвертирующий, то фаза выходного сигнала будет противоположна фазе входного, и такое устройство будет называться инвертирующим усилителем, и, наоборот, если заземлить инвертирующий вход и подавать сигнал на неинвертирующий – фаза выходного сигнала будет совпадать с фазой входного, и устройство будет называться неинвертирующий усилитель.

На рис. 10 приведена амплитудно-передаточная характеристика (АПХ).

Рис. 10. Амплитудная передаточная характеристика ОУ

Из этой АПХ приведенной для случая без обратной связи можно сделать следующий важный вывод: величина дифференциального сигнала характерная для линейного режима работы усилителя имеет очень маленькое значение, потому что и тогда получается, что при имеющихсяK_u величина U_д может изменяться от единиц мкВ до нескольких мВ.

Поэтому возникает важный метод анализа схем с ОУ: в любой схеме включения потенциал инвертирующего входа примерно равен потенциалу неинвертирующего за счет большого собственного коэффициента усиления ОУ.

Второй принцип анализа схем: в любой схеме включения за счет большого входного сопротивления ОУ не потребляет ток от источника входного сигнала.

Контрольные вопросы

1. Основные сведения об интегральном ОУ.

2. Основные свойства идеального ОУ.

3. Классификация ОУ.

4. Основные принципы анализа схем с ОУ.

5. Понятие дифференциального и синфазного сигналов.