Лекция № 10.

Параметр	ОУ общего применения 140 УД6	ОУ 1544Д4А быстродействующие	ОУ 140УД17 прецизионные
Кнд, не менее, дб	70000	8000	20000
Кнд, не более, дб	70	74	106
Uсм0, мВ	5	6	0,075
Iсм0, мкА	0,3	1,2	0,004
ΔIсм0, мкА	0,1	0,3	0,0038
Rвх диф, МОм	2	1	30
Uвых max, мВ	12	10	12
Uсм, мкВ\град	40	50	3
f1, МГц	1	1	0,4
Vн вых, В\мкс	2,5	400	0,1
Iпотр, мА	2,8	7	4

Функциональные узлы на ОУ:

Масштабирующий усилитель – инвертирующий и неинвертирующий.

Сумматоры. Интеграторы. Дифференциаторы. Активные фильтры. Генераторы.

Без ОС непосредственно они не применяются вследствие того, что:

1. без ОС линейный участок очень ограничен.

Рис.10.1

2) Коэффициент усиления ОУ меняется (имеет сильный разброс) сильно зависит от температуры и режима.

Инвертирующий усилитель:

Рис.10.2

Параллельная ООС по напряжению.

Фаза выходного сигнала отличается от фазы входного сигнала на 180°

R_вх>>R₁, (R_вх=);

R_вх>>R₁, (R_вых=0);

U₀0;

U*=0;

i_вх=-i_oc=i;

U_вх=i*R₁;

U_вых=i*R₂;

=;

К^-_нос= - говорит о том, что фазы входных и выходных сигналов отличаются на 180°;

К_нос не зависит от параметров усилителя;

К_нос=;

К_нос=

- коэффициент ООС.

Неинвертирующий усилитель:

Рис.10.3

R_вх=

R_вых=0

U_вых=К_н(U_вых–U_ос)

U_ос=* U_вых

=

К⁺_нос=

К_нос=1+

R_вхос=R_вх()

R_вых=

Максимальное сопротивление резистора ограничено тем, что схема несимметрична, погрешностями, возникающими на сопротивлении.

I⁺_см*R_см= I^-_см*R_см ;

Минимальное сопротивление ограничено нагрузочной способностью.

На базе инвертирующего усилителя построим сумматор – вычислительное устройство, выходное напряжение которого пропорционально сумме входных напряжений.

ЦАП построен на базе сумматоров.

АЦП построен на базе ЦАП.

Рис.10.4

U_вых= - (U_{вх1 +} U_вх2+…+ U_вхn )

Интегратор на ОУ:

Рис.10.5

R_вх=_;

R_вых=0;

K_н=-;

K_н(s)=;

где сR – постоянная времени;

U_вых(t)= .

Интегратор на ОУ практически идеальный (за счет емкости).

Неидеальный интегратор:

Рис.10.6

Для идеального интегратора:

Лекция № 11.

Интегратор:

Рис.11.1

Рис.11.2

Дифференциатор:

Рис.11.3

U_вых=RC

К(s)= - s

где сR – постоянная времени цепи заряда и разряда конденсатора.

Рис.11.4

Активные фильтры.

Фильтрация - наиболее часто применяемая операция.

Рис.11.5

Рис.11.7

высокие частоты ФНЧ

Рис.11.8

Рис.11.9

Рис.11.10

ФНЧ на пассивных элементах:

Рис.11.11

=;

=;

s= j;

τ=Rc .

Частотная характеристика:

Рис.11.12

|W(jω)|=

Рис.11.13

Рис.11.14

W(jω)=

1-

=

Q=* - добротность

ОУ в активных фильтрах вносит энергию в контуры и обеспечивает высокую добротность.

В ОУ можно организовать таким образом, чтобы на частотах, близких к ω_с, коэффициент ОС уменьшается, следовательно, частотная характеристика на этой области приподнимается.

Разработка фильтров:

Этап аппроксимации (написать передаточную характеристику).

Так как речь идет о том, чтобы приподнимать ЧХ, а эту операцию нельзя сделать с помощью звена 1-го порядка, то передаточную функцию фильтра в общем виде можно записать в виде произведения передаточной функций звеньев 2-го порядка.

W(s)=

где a,b – положительные действительные числа

n – произв. всех звеньев

Базовыми являются фильтры второго порядка.

Рис.11.15

Существуют фильтры: (и аппроксимация)

• Баттерворта;

• Чебышева;

1) частотная характеристика (высокая добротность фильтра);

2) реализация: Фильтр Салена-Кея (2-го порядка).

Многопетлевая ОС:

Рис.11.16

Два звена R1C1 и R2C2.

Фильтр имеет положительную ОС, вследствие этого не допускает высоких коэффициентов усиления в положение пропускания, иначе возможно самовозбуждение.

Синтез фильтра.

ЧХ

W(jω)=;

;

K_oy=1+;

f₀= - частота среза.

1. возьмем одинаковые С и R.

Синтез заключается в том, чтобы в передаточной функции данного звена приравнять коэффициенты при одинаковых степенях S к желаемым коэффициентам.

Q изменяется путем изменения коэффициента усиления ОУ.

R₁=R₂=R;

C₁=C₂=C;

W(jω)=;

f₀=;

Q=;

Если то Q=, таким образом произойдет самовозбуждение.

Фильтр Рауха:

Рис.11.17

Q не такая высокая, как у предыдущего.

W(s)= - ;

)=a;

=b;

C₁=K₁C;

R₁=R₂=…=R;

C₂=K₂C;

С=;

.

ФВЧ

Передаточные функции ФВЧ могут быть получены из передаточной функции ФНЧ, если вместо s поставить , при этом звенья 2-го порядка ФВЧ получаются из звеньев 2-го порядка ФНЧ. Если R заменить на С, а С на R.

Рис.11.18

Рис.11.19

Для получения передаточной функции полосового фильтра.

s =>

ω₀- средняя частота ЧХ

Δω – полоса пропускания

Δf=f_b-f_н