Застосування операційних підсилювачів у схемах лінійних перетворювачів Методичні вказівки до роботи
Операційним називається підсилювач, за допомогою якого можна вирішувати операторні рівняння та виконувати різні математичні операції з вхідними сигналами. Операційний підсилювач (ОУ) є підсилювач постійного струму на інтегральних мікросхемах з великим коефіцієнтом підсилення, високим вхідним і низьким вихідним опорами . ОУ виконується на основі диференціальних каскадів та емітерних повторювачів, має зазвичай інвертуючий (І-вхід) та неінвертуючий (Н-вхід) входи та один вихід.
На рис.1 представлено структурну схему ОУ. Диференціальний підсилювач (ДК) є головним функціональним блоком ОУ. Основним його призначенням є посилення різниці вхідних сигналів та придушення однакових (синфазних) сигналів. Підсилювач амплітуди сигналу (УА) зазвичай здійснює зсув рівня та формування вихідного сигналу. Емітерний повторювач (ЕП) забезпечує низький вихідний опір ОУ.
На рис.2 наведено умовні зображення операційних підсилювачів. Старе (рис.2а), яке можна зустріти у підручниках, інформаційних та проектних матеріалах та нове (рис.26), прийняте в даний час.
Основні характеристики ОУ
2.1.Коефіцієнт посилення диференціального сигналу
Коефіцієнт посилення диференціального сигналу АD (В/мВ) дорівнює відношенню вихідної напруги до різниці вхідних сигналів, що подаються на входи підсилювача при розімкнутому зовнішньому зворотному зв'язку. Величина АD залежить від типу підсилювача і може сягати кількох десятків і навіть сотень тисяч. Коефіцієнт посилення визначає прохідну характеристику підсилювача її лінійної частини (рис.3). При деякому значенні вхідного сигналу вихідний сигнал досягає граничного значення, настає насичення ОУ. Напруга насичення зазвичай менша за напругуживлення на (1
Коефіцієнт посилення залежить від частоти вхідного сигналу (рис.4) та зменшується зі збільшенням частоти. Тому для кожного підсилювача існує гранична частота, вище за яку його властивості істотно змінюються (fпред.
2.2. Напруга усунення оу Uсм. (мВ)
Під напругою зміщення розуміють постійну напругу, яку необхідно подати на вхід ОУ, щоб вихідна напруга дорівнювала нулю. Наявність напруги зміщення нуля проявляється в тому, що навіть при заземлених входах ОУ на виході підсилювача з'являється деяка напруга, яка визначається несиметричністю диференціальних каскадів, розкидом параметрів елементів схеми та їх зміною зі зміною температури. Ця напруга перераховується на вхід ОУ через коефіцієнт посилення схеми напруги у вхідну напругу зміщення нуля (+ UСМ або - UСМ). Зазвичай UСМ не перевищує 10 мВ (за винятком ОУ, вхідний каскад яких виконаний на польових транзисторах) і може бути компенсовано балансуванням нуля. Однак при зміні напруги живлення та температури UСМ також змінюється.