- •Министерство образования и науки украины
- •Тема 1. Введение. Полупроводники. P-n-переход Введение
- •История развития электроники
- •Электропроводность полупроводников (собственная и примесная проводимость)
- •P-n-переход в состоянии термодинамического равновесия
- •P-n-переход под воздействием внешнего напряжения
- •Тема 2. Полупроводниковые диоды
- •Выпрямительные диоды
- •Полупроводниковые стабилитроны
- •Варикапы
- •Тема 3. Транзисторы. Устройство и принцип
- •Устройство биполярного транзистора
- •Принцип действия и схемы включения биполярного транзистора
- •Тема 4. Характеристики и параметры
- •Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов
- •H-параметры транзистора
- •Тема 5. Полевые транзисторы
- •Тема 6. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (igbt-транзисторы)
- •Тема 7. Тиристоры
- •Тема 8. Интегральные микросхемы (имс)
- •Элементы и компоненты имс
- •Тема 9. Общие сведения об усилителях и их классификация. Основные параметры и характеристики усилителей
- •Основные технические характеристики усилителей
- •Вопросы согласования усилителей
- •Тема 10. Каскады предварительного усиления Практические схемы ук с оэ, об и ок. Составной эмиттерный повторитель
- •Тема 11. Усилители постоянного тока
- •Дифференциальные усилители
- •Тема 12. Классы усиления
- •Тема 13. Обратные связи в усилителях Принципы обратной связи
- •Виды обратной связи
- •Тема 14. Операционные усилители Общие сведения
- •Основные схемы включения оу
- •Характеристики оу
- •Тема 15. Общие сведения об импульсных устройствах
- •Тема 16. Транзисторный ключ как формирователь импульса
- •Содержание
Основные схемы включения оу
Рассмотрим схему на рис. 69. Эта схема называется инвертирующим усилителем, так как входной сигнал подаётся на инвертирующий вход.
Рис. 69. Инвертирующий усилитель |
Выполним анализ схемы с учётом рассмотренных выше правил 1 и 2. Потенциал точки В равен потенциалу земли. В соответствии с правилом 2 потенциал точки А равен потенциалу точки В и также равен потенциалу земли. Значит, падение напряжения на резисторе равно входному напряжению, падение напряжения на резистореравно выходному напряжению.
С учётом правила 1 , поэтому входной ток будет равен
.
Знак минус перед правой частью выражения означает, что выходной сигнал инвертирован.
Из последнего выражения следует, что коэффициент усиления по напряжению равен
.
Входное сопротивление схемы , выходное сопротивление близко к нулю (на практике составляет доли Ом).
Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (рис. 70).
|
Рис. 70. Неинвертирующий усилитель |
Потенциал точки А равен входному напряжению . В то же время, потенциал точкиА равен падению напряжения на сопротивлении делителя напряжения:
.
Тогда коэффициент усиления по напряжению
.
Входное сопротивление этого усилителя намного больше, чем у инвертирующего усилителя и теоретически равно бесконечности (для ОУ LF411 оно составляет 1012 Ом и больше, для ОУ на биполярных транзисторах обычно превышает 108 Ом). Выходное сопротивление, как и в предыдущем случае, равно долям Ома.
На рис. 71 показан повторитель на основе ОУ, подобный эмиттерному. Он представляет собой неинвертирующий усилитель, в котором сопротивление R1 равно бесконечности, а сопротивление R2 – нулю (коэффициент усиления равен 1).
|
Рис. 71. Повторитель |
Усилитель с единичным коэффициентом усиления называют иногда буфером, так как он обладает изолирующими свойствами (большим входным сопротивлением и малым выходным). Существуют специальные ОУ, предназначенные для использования только в качестве повторителей, они обладают улучшенными характеристиками (в основном более высоким быстродействием).
Схема интегратора на ОУ приведена на рис. 72.
|
Рис. 72. Интегратор на ОУ: |
Если на вход интегратора подать ступенчатый сигнал, выходной сигнал будет представлять наклонную прямую с полярностью, противоположной полярности входного сигнала.
На рис. 73 показан дифференциатор на ОУ, который создаёт выходное напряжение, пропорциональное скорости изменения входного.
|
Рис. 73. Дифференциатор на ОУ: |
При дифференцировании ОУ должен пропускать только переменную составляющую входного напряжения и коэффициент усиления этой схемы должен возрастать при увеличении скорости изменения входного сигнала.
Характеристики оу
Основными характеристиками ОУ являются:
1) усилительные;
2) амплитудные (передаточные);
3) входные и выходные;
4) энергетические;
5) амплитудно-частотные и фазо-частотные;
6) скоростные;
7) дрейфовые.
Амплитудные (передаточные) характеристики ОУ
Эти характеристики снимают для каждого из входов (инвертирующего и неинвертирующего) при условии, что другой вход заземлён (рис. 74). Они имеют линейные участки (пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного) и участки насыщения, вызванные ограничениями по напряжению источника питания.
|
Рис. 74. Амплитудные характеристики ОУ |
Теоретические амплитудные характеристики проходят через нуль (показаны на рис. 74 сплошными линиями). Угол наклона линейного участка определяет коэффициент усиления ОУ:
.
Входные характеристики
На практике существует остаточная несимметрия ОУ, которая характеризуется входным напряжением смещения (рис. 74). Напряжение смещения можно регулировать с помощью выводов "установка нуля" (рис. 68). Входные токи ОУ вызваны конечным значением входного сопротивления дифференциального каскада, разность входных токов – разбросом параметров транзисторов. Входные сопротивления в зависимости от характера подаваемого сигнала подразделяют на дифференциальное (для дифференциального входного сигнала) и синфазное (характеризует изменение входного тока при подаче на входы синфазного напряжения). Также нормируется максимальное входное дифференциальное напряжение.
Выходные характеристики
Выходное сопротивление, максимальный выходной ток, минимальное и максимальное выходное напряжение. Выходные напряжения меньше напряжения источников питания на 1 В.
Энергетические характеристики
Значение напряжения источников питания, потребляемый ток (его величина нормируется в режиме холостого хода), в некоторых случаях нормируется КПД.
Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики
АЧХ и ФЧХ типового ОУ показаны на рис. 75.
| |
а) |
б) |
Рис. 75. АЧХ (а) и ФЧХ (б) типового ОУ |
Частота , при которой коэффициент усиления равен единице, называется частотой единичного усиления. Фазовый сдвиг на частотеравен -450. Для получения нужной ФЧХ и ФЧХ применяют цепи внутренней или внешней коррекции.
Скоростные характеристики
Являются следствием ограниченности АЧХ и энергетических характеристик. Определяются по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (рис. 76). К ним относятся время установления и скорость нарастаниявыходного напряжения (– время, в течение которого выходное напряжение изменяется на участке отдо;– отношение приращения выходного напряжения ко времени на этом участке).
|
Рис. 76. Реакция ОУ на воздействие скачка напряжения на входе |
Дрейфовые характеристики
Определяют изменения параметров ОУ от температуры и времени: температурный и временной дрейф напряжения смещения , входных токов и их разности.