39. Параметры реальных операционных усилителей и их классификация. Области применения оу различных типов.

ОУ – многокаскадные усилители постоянного тока, имеющие дифференциальный вход и несимметричный выход и обладающие большим дифференциальным коэффициентом усиления по напряжению .

ОУ являются основным «схематическим элементом» современных аналоговых устройств и предназначены для работы с различными типами обратных связей. Путем охвата ОУ соответствующей отрицательной обратной связью достаточно просто создаются высокочастотные усилители постоянного и переменного токов, сумматоры, интеграторы, дифференциаторы, логарифмические усилители и т.д.

Реальный операционный усилитель должен обладать следующими параметрами:

1)высоким коэффициентом усиления по напряжению ( );

2) малым напряжением смещения нуля;

3) малыми входными токами( );

4)высоким входным ( ) и низким выходным сопротивлением (100…5 );

5)высоким коэффициентом ослабления синфазной составляющей (КОСС);

6)амплитудно-частотной характеристикой с наклоном в области высоких частот -20дБ/дек.

В зависимости от технических характеристик ОУ делятся на:

- ОУ общего применения имеют средние значения всех параметров. Наиболее дешевы, применяются чаще.

- прецизионные ОУ предназначены для точного выполнения операций над аналоговыми сигналами и имеют дифференциальный коэффициент усиления около или более и малые значения дрейфовых параметров.

- быстродействующие ОУ имеют большую скорость нарастания выходного сигнала V 100 В/мкс и используются для построения импульсных усилителей.

- микромощные ОУ применяются в автономных устройствах с малым энергопотреблением Рпот , Еп .

- программируемые ОУ имеют добавочный вход, подавая напряжение на который можно управлять параметрами ОУ.

51. Генераторы гармонических колебаний. Автогенераторы. Условие самовозбуждения. Баланс фаз и амплитуд.

Электронные генераторы - это устройства, преобразующие электрическую энергию источника постоянного тока (источника питания) в энергию электрических колебаний заданных формы и частоты. Форма электрических колебаний может быть различной. Генераторы, формирующие синусоидальные колебания, называются генераторами гармонических колебаний. По принципу управления генераторы разделяются на две группы – генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним (независимым) возбуждением. Последние, по существу, являются усилителями мощности высокой частоты, работающими на резонансную нагрузку и здесь рассматриваться не будут.

Схема автогенератора обычно содержат усилитель, охваченный обратной связью. Для построения автогенератора синусоидальных колебаний элементы схем либо усилителя, либо ОС должны обладать явно выраженными частотными свойствами. Наиболее часто используются два типа усилительных схем – с резонансными (колебательными) контурами и с резистивно-емкостными цепями. Автогенераторы, выполненные на основе схемы резонансного усилителя, часто называют автогенераторами типа LC, а автогенераторы, построенные на основе схемы усилителя на RC цепях,– автогенераторами типа RC. Генерирование колебаний с частотами меньше 15 – 20 кГц на резонансных LC контурах затруднено и неудобно из-за их громоздкости. В низкочастотном диапазоне широко используются генераторы типа RC. Они могут генерировать весьма стабильные синусоидальные колебания в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Кроме того, они имеют малые габариты и массу. Конечно, наиболее полно преимущества генераторов типа RC проявляются в области низких частот.

Возбуждение колебаний в RC генераторах обусловлено наличием в них обратной связи. Коэффициент усиления схемы с ОС (генератора):

Самовозбуждение схемы произойдет, когда коэффициент усиления Kг будет стремиться к бесконечности, т.е. когда знаменатель выражения стремится к нулю:

Последнее равенство будет иметь место только при выполнении двух условий: нулю должны быть равны как мнимая, так и действительная его части. Так как ни Kус ни g не равны нулю, то выполнение условий может быть реализовано только за счет элементов выражения, содержащих фазовые сдвиги.

Первое условие можно получить, приравняв нулю мнимую часть. Мнимая часть равенства может быть равна нулю, когда sin(j K + j g ) = 0, что возможно при условии: j K + j b = n p . где n – любое целое число.

Приравняв нулю действительную часть равенства, получаем:

(5)

При значениях суммарного фазового сдвига соs(j K + j g ) может принимать значения либо минус, либо плюс 1. В первом случае нарушается выполнение равенства (5), во втором – может быть выполнено, если

K g = 1 (6)

Баланс амплитуд - есть условие, соответствующее формуле (6), то есть равенство единице произведения коэффициента усиления и коэффициента обратной связи.

Как показано выше, для его выполнения необходимо получить такие фазовые сдвиги, при которых их синус был равен нулю, а косинус – плюс 1. Это возможно при четном числе n, т.е.

j K + j b = 2π n, баланс фаз - условие совпадения фаз на входе и выходе каскада усиления, обеспечивающее самовозбуждение и стабильность фазы и частоты на выходе усилителя с введенной положительной обратной связью. Условие баланса амплитуд показывает, что для существования автоколебательного процесса ослабление сигнала, вносимое цепью обратной связи, должно компенсироваться усилителем.

Для возбуждения гармонических колебаний, необходимо, чтобы условие баланса фаз и условие баланса амплитуд выполнялись только на одной (заданной) частоте. Поэтому в генераторе синусоидальных колебаний необходимо обеспечить частотно-избирательный характер или коэффициента усиления усилителя, или коэффициента передачи цепи обратной связи.