Тема 1.10 Операційні підсилювачі

1 Підсилювачі постійного струму. Структурна схема операційних підсилювачів. Основні параметри та характеристики ОП.

2 Вирішальні структури на базі ОП: інвертуючий та неінвертуючий підсилювачі.

3 Інвертуючий та неінвертуючий суматори.

4 Інтегратор на диференціатор.

5 Компаратор на ОП. Аналоговий віднімач.

6 Підсилювач змінного струму на ОП.

7 Вибірковий підсилювач. Підсилювач потужності.

Література: Стахів, с.85-91

Література:		Бойко В.І., Гуржій А.М.Основи технічної електроніки, 2007
		Бойко В.І., Гуржій А.М., Жуйков В.Я. Основи схемотехніки електронних систем, 2004
		Гуржій А.М.,Самсонов В.В., Поворознюк Н.І. Імпульсна та цифрова техніка, 2005
		Джонс М.Х. Електроніка-Практичний курс, 2006
		Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, 2002
		Колонтоєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка, 2003, с.129-144
Самостійно	год.	Головин О.В., Кубицкий А.А. Электронные усилители Питання для розгляду Схеми на ОП: прецизійний випрямляч, підсилювач потужності, вибіркові підсилювачі LC- та RC-типу. Принципи роботи

Мета: повинні знати підсилювачі постійного струму, структурну схему операційних підсилювачів. Основні параметри та характеристики ОП. Вирішальні структури на базі ОП

Рефлексія: що ви повинні вивчити в даній лекції?

Операційний підсилювач (ОП) – це багатокаскадний підсилювач із двома входами: прямим і інвертувальним (диференційним входом) і одним виходом, схемне зображення якого подане на рис. 3.7,а. Основною його характеристикою є великий коефіцієнт підсилення за напругою (К_{u оп} →∞).

Рисунок 1 – Графічне зображення (а) та передатна характеристика ОП (б)

До структури ОП (рис.3.8) входять вхідний симетричний диференційний каскад (зменшує дрейф нуля і має два входи: інвертувальний (u_вх1) і неінвертувальний, або прямий (u_вх2)), несиметричний диференційний каскад (здійснює підсилення сигналу) й емітерний поворювач (забезпечує потужність вихідного сигналу). ОП характеризуються великим вхідним опором (R_ВХ →∞), і малим вихідним опором (R_ВИХ →0).

До основних параметрів ОП відносять:

- К_U – коефіцієнт підсилення за напругою;

- К_P - коефіцієнт підсилення за потужністю;

- U_{вих.макс} – максимальне значення вихідної напруги;

- f_Н - нижню граничну частоту сигналу, що підсилюється;

- R_вх - вхідний опір;

- R_вих - вихідний опір.

Рисунок 2 – Структурна схема ОП

Важливою для ОП є передатна характеристика u_вих = f (u_вх ) (рис.1,б). Оскільки підсилювач має два входи (прямий та інвертувальний), то ця характеристика відображає роботу ОП при поданні сигналу на кожний вхід окремо. Горизонтальні ділянки характеристики відповідають режиму відкритого або закритого стану транзистора вихідного каскаду. При цьому величина вихідного сигналу обмежується максимальним значенням напруги на виході ОП додатного (U⁺ _{вих.макс}) чи від'ємного (U^- _{вих.макс}) значення, яка досягає (0,9…0,95) напруги живлення. На цих ділянках зміна вхідного сигналу не буде викликати зміни вихідного сигналу, тобто напруга на виході буде залишатись сталою.

На похилих ділянках характеристики величина вихідної напруги буде визначатися коефіцієнтом підсилення

К_UОП = Δu_вих / Δu_вх

У випадку наявності сигналів на обох входах ОП, його вхідна напруга визначатиметься алгебрічною сумою напруг на цих входах

Δu_вх = Δu_вх2 - Δu_вх1 .

В цьому випадку u_вих = К_UОП(Δu_вх2 - Δu_вх1).

Під час розрахунку схем на базі ОП без великої похибки можна приймати, що К_UОП = ∞, де К_UОП - коефіцієнт підсилення за напругою ОП без зворотнього зв'язку. При використанні ОП в схемах імпульсної техніки важливим є значення вихідної напруги. Оскільки в імпульсній техниці рівні вхідних сигналів є більші за ті значення, які відповідають лінійній ділянці передатної характеристики, то вихідна напруга ОП визначається додатним U⁺ _{вих.макс} або від'ємним U^- _{вих.макс} значеннями.

Частотні характеристики ОП ви­значають з його АЧХ, зображеної на рис. 4.14.

 

 

К-т підсилення зменшується в області високих частот, починаючи від частоти зрізу f_зр.

f_ВГ - верхня грань частотного діапазону. За цієї частоти:

К_U = К_U / √2.

Діапазон частот (0- f_ВГ ) називається смугою частот ОП.

Широке практичне використання ОП в аналогових схемах зумовле­не, головним чином, застосуванням у їх схемах різного роду зовнішніх ВЗЗ, чому сприяє велике значення коефіцієнта підсилення К_U0ІІ, висо­кий вхідний та малий вихідний опори.