25. Операционные усилители и их параметры. Примеры использования оу с обратной связью для реализации

О перационный усилитель (ОУ) - это усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, характеристики которого близки к характеристикам так называемого “идеального усилителя. ОУ имеет большой коэффициент усиления по напряжению К>>1 (К=104 ...106), большое входное (Rвх=0.1...100 МОм) и малое выходное (Rвх=10...100 Ом) сопротивления. В линейных усилителях применяют ОУ только с цепями отрицательной обратной связи (ООС), которая уменьшает коэффициент усиления К по напряжению до 1...103, но одновременно с этим уменьшает зависимость К от температуры, напряжения питания, увеличивает Rвх.ус и уменьшается Rвых.ус. Применение ОУ в усилителях без цепей ООС недопустимо, так как увеличивается опасность нарушения устойчивости ОУ и усложняются цепи коррекции частотной характеристики в широкой полосе частот.

Основные параметры операционных усилителей

1. К – собственный коэффициент усиления ОУ ( без обратной связи). Коэффициент усиления К равен отношению выходного напряжения к вызвавшему это приращение дифференциальному входному сигналу при отсутствии обратной связи (составляет 103…107) и определяется при

холостом ходе на выходе. К=Uвых/Uвх.д.

2. Uсдв - Выходное напряжение сдвига. Небольшое напряжение, возникающее из-за несимметрии плеч ОУ при нулевом напряжении на обоих входах. Обычно Uсдв имеет значение 10 - 100 мВ.

3. Iсм - Входной ток смещения. Ток на входах усилителя, необходимый для работы входного каскада операционного усилителя.

4. Iсдв - Входной ток сдвига. Разность токов смещения появляется вследствие неточного согласования входных транзисторов. сдв см1 см2 I = I − I .

5. Rвх - Входное сопротивление. Как правило, Rвх имеет значение до 1-10мегаом.

6. Rвых - Выходное сопротивление. Обычно Rвых не превосходит сотен Ом.

7. Косс - Коэффициент ослабления синфазного сигнала. Характеризует способность ослаблять сигналы, приложенные к обоим входам одновременно.

8. Ток потребления. Ток покоя, потребляемый операционным усилителем.

9. Потребляемая мощность. Мощность, рассеиваемая операционным усилителем.

10.Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (В/мкс) .

11. U пит. - Напряжение питания.

12.Переходная характеристика. Сигнал на выходе усилителя при подаче на его вход скачка напряжения.

26. Режимы работы усилителей в классах a,b,c и d .Схемы, параметры, кпд .

Класс А(слабого усиения)

В данном режиме ток в выходной цепи активного элемента протекает в течение всего периода входного сигнала. Положение рабочей точки выбирается таким образом, что амплитуда переменной составляющей выходного тока Iкm , появившегося в результате действия входного сигнала, не превышает ток покоя IК0 (рис. 5.2.).. Это позволяет обеспечить работу транзистора на линейном участке ВАХ. В связи с этим нелинейные искажения сигнала минимальны (Кг ≤ 1 %). Максимальное значение КПД в этом режиме мало, для резистивного усилителя ηmax ≤ 25 %.

К ласс Б

Ток в выходной цепи активного элемента протекает в течение половины периода входного сигнала. Рабочая точка на ВАХ выбирается так, что входной ток покоя равен нулю (рис. 5.3.). При этом входной и выходной токи имеют форму импульса с углом отсечки 90°.

Угол отсечки – половина части периода, выраженная в радианах или градусах, в течение которой транзистор открыт и через него протекает ток. Из-за нелинейности начального участка ВАХ активного элемента форма входного и выходного токов существенно отличается формы, соответствующей линейному элементу (рис. 5.3.).Для усиления другой полуволны входного сигнала используют еще один транзистор, такой усилитель называется двухтактным. Режим класса В характеризуется большими нелинейными искажениями сигнала (Кг ≤ 10 %), обусловленными работой на нелинейных начальных участках ВАХ транзистора и высоким КПД. Максимальный КПД имеет величину78 %. Класс С– это режим работы активного элемента (транзистора), при котором ток через транзистор протекает в течение времени меньшего половины входного сигнала (рис. ). Угол отсечки меньше π 2 , а ток покоя равен нулю. Поскольку больше половины рабочего времени транзистор закрыт, мощность, потребляемая от источника питания, снижается, так что КПД каскадов повышается, приближаясь к 100 %. С уменьшением угла отсечки в импульсе тока возрастают уровни высших гармоник по отношению к уровню первой гармоники. В связи с большими нелинейными искажениями режим класса С не используется в усилителях звукового диапазона частот, а используется в мощных двухтактных каскадах усилителей мощности радиочастот, нагруженных на резонансный контур и обеспечивающих в нагрузке ток первой гармоники. Режим класса D – это режим, при котором транзистор находится только в двух состояниях: закрыт или открыт. В закрытом состоянии через транзистор протекает небольшой обратный ток, его электрическое сопротивление велико, падение напряжения на нем примерно равно напряжению источника питания. В открытом состоянии через транзистор протекает большой ток, его электрическое сопротивление очень мало, мало и падение напряжения на нем. В связи с этим потери в транзисторе в режиме класса D ничтожно малы и КПД каскада приближается к 100 %.