Операционные усилители. Структурная схема. Особенности включения. Коэффициент усиления в схемах с обратной связью.

ОУ-Называется высокочастотный интегральный усилитель, имеющий большой коэфециент усиления и предназначенный для выполнения операций с аналоговыми величинами в цепях с обратной связью.

Идеальный ОУ имеет:

В реальных случаях: Ku>10^5,Rвх>10^6Ом Rвых<10 Ом

Условное обозначение:

В качестве источника питания используется двуполярный источник питания средний вывод которого служит землей. По своему структурному построению ОУ- усилители постоянного тока, хотя они могут работать и на частоте f=100кГц.

ОУ имеет 2 входа:

- Один инверсия U^-вых, напряжение на котором в противофазе по сравнению с выходным напряжением.

- Неинвесный, напряжение на котором совпадает по фазе с U_ВЫХ

Два этих входа являются входами дифференциального каскада как составляющей части ОУ.

U_ВХ необязательно разностное между U^-вх и U⁺вх

U_ВЫХ определяется выражением: , коэффициент усиления без обратных связей.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОУ:

В той же структурной схеме используются схемы сдвига уровня потенциала. Входной дифференциальный каскад (ДК) позволяет улучшить характеристики ОУ, во-первых, за счет очень малого дрейфа, во-вторых, за расширение функциональных возможностей (2 входа).

ПК (промежуточный каскад) служит для увеличения коэффициента усиления. ПК собран по схеме ДК, но с однотактным выходом.ВК (выходной каскад) нужен для согласования ОУ с нагрузкой и здесь применяются либо эмитерные повторители, либо двухтактная схема на биполярных комплиментарных транзисторах.Применение ОУ в чистом виде почти невозможно, т.к.:

вход Н на сигналы д.б. очень малым.

2. Имеется определенный разброс между различными ОУ.

Для устранения недостатков вводится отрицательная обратная связь которая, во-первых позволяет работать в качестве усилителя; во-вторых, позволяет выполнять множество математических операций (ln,+,-) откуда и произошло название ОУ.

СХЕМА ОУ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

I1=I2+Iвх, но так как Rвх>>R1иR2, то Iвх примерно=0 тогда I1=I2 или

Поскольку подаем сигнал только на инверсный вход, то подставляем в выражение и получаем:

К- коэффициент усиления с обратной связью. Так как К₀ велико, то имеем: K=-R2/R1- это основная формула для ОУ.

Она подразумевает, что при определенных условиях коэффициент передачи ОУ не зависит от параметров самого ОУ, следовательно, не зависит от дрейфа и т.д. И определяется только внешними цепями, в частности с цепью обратной связи.

Знак минус говорит о том, что сигнал инвертируется. Если в основную формулу для ОУ вместо активных сопротивлений подставим реактивные, тоK=-Z2/Z1. Рассмотрим случай когда в цепи обратной связи есть емкость.

рисунок