Что такое схема сдвига уровня напряжения в операционных усилителях. Для чего она нужна. Какие существуют типы схем сдвига уровня. Как работает схема сдвига уровня на транзисторах. Где применяются схемы сдвига уровня в операционных усилителях.
Что такое схема сдвига уровня напряжения в операционных усилителях
Схема сдвига уровня напряжения — это важный функциональный блок в структуре операционного усилителя, предназначенный для согласования по постоянному напряжению выхода одного каскада со входом другого. Основная задача схемы сдвига уровня — обеспечить правильное смещение сигнала по постоянной составляющей между каскадами усилителя.
Почему возникает необходимость в схеме сдвига уровня? В многокаскадных усилителях постоянного тока, к которым относятся операционные усилители, происходит нарастание постоянного потенциала от входа к выходу. Это связано с особенностями работы транзисторных каскадов. Для нормального функционирования следующего каскада требуется определенный уровень входного напряжения. Схема сдвига уровня как раз и обеспечивает необходимое смещение сигнала по постоянной составляющей.
Основные функции схемы сдвига уровня в операционном усилителе
Схема сдвига уровня в операционном усилителе выполняет следующие ключевые функции:
- Согласование по постоянному напряжению выхода предыдущего каскада со входом последующего
- Обеспечение правильного смещения сигнала для нормальной работы транзисторов
- Компенсация нарастания постоянной составляющей в многокаскадном усилителе
- Формирование требуемого динамического диапазона выходного сигнала
- Минимизация искажений полезного сигнала при его передаче между каскадами
Таким образом, схема сдвига уровня играет важную роль в обеспечении корректной работы всего операционного усилителя, позволяя согласовать между собой отдельные каскады по постоянной составляющей.
Типы схем сдвига уровня напряжения
В операционных усилителях используются различные варианты реализации схем сдвига уровня. Основные типы таких схем:
- На основе эмиттерного повторителя с резистивным делителем
- С применением стабилитрона
- С использованием генератора стабильного тока
- На основе дифференциального каскада
- С применением составных транзисторов
Выбор конкретного типа схемы сдвига уровня зависит от требований к параметрам операционного усилителя, особенностей его структуры и технологии изготовления.
Принцип работы схемы сдвига уровня на транзисторах
Рассмотрим принцип работы одной из распространенных схем сдвига уровня на транзисторах:
Данная схема содержит эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 и генератор стабильного тока на транзисторе VT2. Входной сигнал подается на базу VT1. На эмиттере VT1 формируется повторенный сигнал, смещенный на величину падения напряжения база-эмиттер. Генератор тока VT2 создает постоянный ток через резистор R, формируя на нем требуемое падение напряжения. Таким образом, выходной сигнал оказывается сдвинутым по уровню относительно входного на величину Uбэ + I*R.
Основные преимущества такой схемы:
- Простота реализации
- Высокое входное сопротивление
- Малые искажения сигнала
- Возможность регулировки величины сдвига уровня
Применение схем сдвига уровня в операционных усилителях
Схемы сдвига уровня находят широкое применение в различных узлах операционных усилителей:
- Между входным дифференциальным каскадом и каскадом усиления напряжения
- Между каскадом усиления напряжения и выходным каскадом
- В цепях внутренней коррекции и температурной стабилизации
- Для формирования требуемого динамического диапазона выходного сигнала
- В схемах защиты от перегрузки по выходу
Правильно спроектированные схемы сдвига уровня позволяют оптимизировать параметры операционного усилителя и расширить область его применения.
Особенности реализации схем сдвига уровня в интегральных операционных усилителях
При разработке интегральных операционных усилителей к схемам сдвига уровня предъявляются следующие основные требования:
- Минимальные размеры на кристалле
- Низкое энергопотребление
- Хорошая температурная стабильность
- Малые искажения сигнала
- Технологичность изготовления
Для выполнения этих требований применяются специальные схемотехнические и топологические решения. Например, широко используются источники стабильного тока на основе токового зеркала, составные транзисторные структуры, дифференциальные каскады. Это позволяет создавать эффективные схемы сдвига уровня в интегральном исполнении.
Влияние схемы сдвига уровня на параметры операционного усилителя
Схема сдвига уровня оказывает существенное влияние на ряд важных параметров операционного усилителя:
- Коэффициент усиления
- Входное сопротивление
- Выходное сопротивление
- Частотные свойства
- Нелинейные искажения
При неправильном проектировании схема сдвига уровня может стать источником дополнительных шумов, температурного дрейфа и других нежелательных эффектов. Поэтому ее разработке уделяется большое внимание при создании операционных усилителей.
Перспективы развития схем сдвига уровня в операционных усилителях
Основные направления совершенствования схем сдвига уровня в современных операционных усилителях:
- Снижение энергопотребления
- Уменьшение занимаемой площади на кристалле
- Повышение линейности
- Расширение рабочего диапазона частот
- Улучшение температурной стабильности
Перспективными представляются схемы на основе полевых транзисторов, использование новых полупроводниковых материалов, применение методов автоматической подстройки. Это позволит создавать высокоэффективные схемы сдвига уровня для операционных усилителей нового поколения.
Сдвиг уровня на оу
Например, бортовая сеть в автомобильном и морском оборудовании — однополярная. Да и в оборудовании, где ранее традиционно использовалось двуполярное питание, все чаще применяется встроенный однополярный источник электроэнергии с питающим напряжением 5 или 12 В постоянного тока. Системы с однополярным электропитанием для обработки аналоговых сигналов имеют общие для таких решений дополнительные свойства, вызванные необходимостью использования компонентов для смещения аналогового сигнала на каждой стадии обработки. Если смещение аналогового сигнала не продумано, а тем более не выполнено, то возникает множество проблем, в том числе — нестабильность работы операционных усилителей.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Опорная схема смещения уровня усилителя?
- Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня
- Это интересно!
- Неинвертирующая схема сдвига уровня на одном ОУ с однополярным питанием
- Практические аспекты ОУ. Напряжение смещения, ток смещения, дрейф
- 3. Типичный операционный усилитель
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Разбираемся с операционным усилителем
Опорная схема смещения уровня усилителя?
По мере расширения функциональности и одновременного сокращения размеров устройств с батарейным питанием все более ценным ресурсом становится площадь печатной платы.
Сберечь место на плате и снизить стоимость помогают схемы с однополярным питанием. Однако при добавлении сигналов аудио и видео могут возникать проблемы, связанные с тем, что обычно эти сигналы привязаны к земле, и большинство микросхем с однополярным питанием не в состоянии работать с отрицательными относительно земли напряжениями.
Следовательно, чаще всего входные аудио и видео сигналы должны на достаточный уровень сдвигаться схемой относительно земли. Кроме того, для видеосигналов важно сохранение исходной полярности сдвинутых сигналов. К сожалению, использование одного источника питания при необходимости сохранения полярности сигнала невозможно с традиционными схемами сдвига, для которых требуются два ОУ и отрицательная шина питания.
Все эти проблемы решает схема на Рисунке 1, сдвигающая уровень сигнала заземленного источника с помощью единственного ОУ с однополярным питанием. Смещенный сигнал на выходе ОУ, включенного неинвертирующим сумматором, равен сумме опорного напряжения и входного сигнала.
Величина опорного напряжения устанавливается с помощью стандартного потенциометра с блокировочным конденсатором, однако здесь подойдет и любой другой опорный источник, способный обеспечить достаточный ток для ОУ и суммирующих резисторов. В приведенном примере схема содержит омные согласующие резисторы, необходимые для стандартных видео приложений. Использованный операционный усилитель имеет небольшие размеры и широкую полосу пропускания, необходимую для обработки видеосигналов.
Требуется для просмотра Flash Player 9 или выше. Пожалуйста, подождите Сайт технической поддержки. Забыли пароль? Теги: схема сдвига. Также рекомендуем: Создание мощной виртуальной земли с помощью шести буферов и двух MOSFET Простейший источник отрицательного опорного напряжения для схемы с положительной шиной питания Поквадрантно-линейный усилитель различает полярность входного сигнала Линейный генератор пилообразных сигналов на одном операционном усилителе Преобразование несимметричного сигнала с помощью дифференциального АЦП семейства PulSAR Высококачественный генератор треугольных импульсов потребляет всего 6 мкА Преобразователю NRZ в AMI требуется единственный источник питания Высокоточный аналоговый ограничитель широкополосных сигналов Простой способ решения проблемы управления затвором MOSFET Супервизор сброса дожидается стабилизации напряжения питания.
Информация Посетители, находящиеся в группе Гости , не могут оставлять комментарии в данной новости. Новые статьи по радиоэлектронике. Скачать сервис-мануалы Samsung. Мануалы и схемы Elenberg. Схемотехника аппаратов Kenwood.
Схемы и мануалы т. Ключевые слова chassis , datasheet , Infineon , Instruments , LG , manual , Microchip , saturn , service , servicemanual , toshiba , Компания , Модель , Схема , Часть , анонсировала , бесплатно , выпускает , выпустила , даташит , загрузить , компании , мануал , микроконтроллеров , микросхемы , напряжение , напряжения , отрасли , питания , после , представила , представляет , приложений , семейство , сервис , сигнал , сигналов , скачать , управления , через Показать все теги Мобильная версия.
Навигация по сайту. Наши партнеры. Конечно есть, уверен! Какая справедливость? О чем Вы? Что люди ищут чаще всего? Облако тегов. Календарь публикаций. Архив новостей.
Схемы и мануалы. Сервис-мануалы Denon скачать. Сервисные мануалы Panasonic.
Скачать схемы аппаратов Sony. Схемы и мануалы Thomson скачать.
Неинвертирующая схема сдвига уровня позволяет разработчикам смещать входной сигнал на величину опорного напряжения, устанавливаемого потенциометром и блокировочным конденсатором.
В этой схеме используется лишь один операционный усилитель и один источник питания.
Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня
Низкочастотный генератор синусоидального сигнала является одним из наиболее распространенных приборов в измерительной лаборатории. Генераторы промышленного производства имеют большие габариты и вес, к тому же, немалую стоимость. Кроме того, аналоговые генераторы обладают целым рядом недостатков: недостаточной стабильностью и точностью установки амплитуды, относительно большим коэффициентом гармоник. Существуют цифровые методы синтеза синусоидального сигнала. Самым очевидным из них является метод, который схематически показан на рисунке:.
И можете еще уточнить.. питание ОУ всегда должно быть .
. нижний уровень сигнала составляет 0,2 вольта выше Vss(т.е. в.
Это интересно!
Широкое практическое использование ОУ в аналоговых схемах основывается главным образом на применении в них различного рода внешних ОС, чему способствует большое значение коэффициента усиления К оу , а также высокое входное и малое выходное сопротивление ОУ. Высокие качества параметров современных интегральных ОУ позволяют без внесения заметной погрешности при расчете схем на ОУ принимать К uоу , К I оу и R вх. Основными схемами на ОУ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики. Также весьма важны схемы компенсации напряжения сдвига. Данная схема позволяет использовать в качестве неинвертирующего усилителя ОУ, схема обладает высоким полным входным сопротивлением, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R 1 и R ос. Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе R ос и поданную на инвертирующий вход.
Полное входное сопротивление всей схемы оказывается высоким, так как единственным путем для тока между входом и землей является высокое полное входное сопротивление ОУ.
Неинвертирующая схема сдвига уровня на одном ОУ с однополярным питанием
By rekrut , December 11, in Автоматика. Доброе время суток! Дело у меня знаит вот какое Есть датчик тока
Дорога в десять тысяч ли начинается с первого шага. Дело было вечером, делать было нечего… И так вдруг захотелось спаять что-нибудь.
Практические аспекты ОУ. Напряжение смещения, ток смещения, дрейф
Требуемая точность и динамический диапазон цифровой системы управления определяют разрядность АЦП и отношение сигнал-шум на его входе. Конкретный тип АЦП, в свою очередь определяет диапазон изменения сигнала на своем входе. Однако, аналоговые сигналы обратных связей, поступающие с датчиков системы, в общем случае, не согласованы по уровню с используемым АЦП. Кроме того, на полезные сигналы обратных связей налагаются сигналы помех конечной величины, определяющие конечное отношение сигнал-шум на входе системы.
Это отношение может быть значительно меньше, чем значение, требуемое в соответствии с заданной точностью.
3. Типичный операционный усилитель
Искусство схемотехники. Том 1 — Хоровиц П. Хоровиц П. Скачать прямая ссылка : iskusstvoshemotehnikit Схема включения ИМС измерительного усилителя. Измерительный усилитель со следящей связью по питанию для повышения КОСС.
Неинвертирующая схема сдвига уровня на одном ОУ с однополярным питанием» Сервис мануалы скачать. Схемы ремонта, сервисмануалы и.
Они бывают трехкаскадные дифференциальный усилитель, усилитель напряжения и усилитель мощности и двухкаскадные усилитель напряжения и усилитель мощности. Все они выполнены по мостовой то есть дифференциальной схеме, а отличие дифференциального каскада ДУ от усилителя напряжения УН в их режимах работы: соответственно микроамперной и милиамперный режимы. Название этих усилителей связано первоначальным их применением; главным образом для выполнения различных операций над аналоговыми величинами сложение, вычитание, интегрирование и др.
Пытаюсь при помощи схемы сдвига уровня бороться с помехой, возникающей из-за токов на шине земли. Вопрос: почему, даже при моделировании с идеальными элементами, к полезному сигналу добавлена помеха? Таня права. С помехами по шине земли борются не сдвигами уровней, а правильным конструированием земляной шины или разделением этих шин для разных участков схемы. You need to be a member in order to leave a comment. Sign up for a new account in our community.
Многокаскадное построение усилителей постоянного тока и в том числе большинства аналоговых микросхем, как правило, связано с использованием в составе усилительных трактов схемных конфигураций, обеспечивающих понижение сдвиг постоянных потенциалов в цепях межкаскадных связей.
Типичный операционный усилитель. Большинство операционных усилителей спроектированы и изготовлены в соответствии с блок-схемой, показанной на рисунке 8. Дифференциальный усилитель и каскад усиления напряжения являются единственными ступенями, которые обеспечивают усиление напряжения.
Дифференциальный усилитель также обеспечивает CMRR, что так важно в операционном усилителе. Выход дифференциального усилителя часто соединен с повторителем эмиттера с большим резистором эмиттера, чтобы обеспечить нагрузку с высоким импедансом для дифференциального усилителя, чтобы получить высокий коэффициент усиления.
В многокаскадных усилителях, не имеющих гальванической связи между каскадами и охваченных общей отрицательной обратной связью, возникает опасность самовозбуждения на инфранизкой частоте. При наличии трёх и более таких фазовращателей возникает опасность самовозбуждения. Отсюда понятно, насколько важно по возможности обходиться без них.
Схема — сдвиг — уровень
Cтраница 1
| Методы сдвига уровня напряжения. [1] |
Схема сдвига уровня с источником тока: постоянный ток, протекающий через резистор, создает на нем падение напряжения.
[2]
Применение схемы сдвига уровня на стабилитроне в эмиттер ном повторителе показано на рис. 4 — 31, а. [3]
Таким образом, схема сдвига уровня должна обеспечить нулевой потенциал на базе VT9 выходного каскада. Для того чтобы не ослаблять полезный сигнал, второе плечо делителя нагрузки в цепи эмиттера VT7 — ГСТ на VT8 имеет очень большое сопротивление, и с него практически снимается полное напряжение, которое было подано на вход. [4]
Обычно операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, схему сдвига уровня и выходную цепь, позволяющую получить требуемый динамический диапазон и выходное сопротивление. Входной каскад построен на дифференциальной паре транзисторов Т1 и Т2 со сверхвысокими значениями ( 3, но малым пробивным напряжением. В отличие от них транзисторы Т5 и Т6 — высоковольтные п — р — / г-транзисторы с обычными значениями коэффициента усиления по току. Транзисторы TI и Т2 защищены от пробоя во входной цепи транзисторами ТЗ, Т4 в диодном включении, а от пробоя в цепи коллектора транзисторами Т5, То, включенными по схеме с общей базой.
Выходной каскад ( транзисторы Т13 и Т14) работает в режиме АВ.
[5]
Третий каскад на транзисторах VT14 и VT15 является схемой сдвига уровня постоянного напряжения. Транзистор VT17 в эмиттерной цепи транзистора VT15 представляет собой термостабилизированный коллекторным переходом транзистора VT16 генератор тока. [6]
Транзисторы 77, Т8 и резисторы R9, R10 и R12 входят в схему сдвига уровня. Такая схема сдвига уровня имеет большое входное сопротивление и малый входной ток ( ток базы эмит-терного повторителя), что позволяет взять большое сопротивление резистора R5 и получить высокий коэффициент усиления второго дифференциального каскада при малом ослаблении сигнала делителем. [7]
| Схема операционного усилителя. [8] |
Как правило, операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад ( дифференциальный усилитель), схему сдвига уровня и выходную цепь, позволяющую получить требуемые динамический диапазон и выходное сопротивление.
[9]
Компаратор К554СА2 ( рис. 5.38) имеет два дифференциальных усилительных каскадч, выходной эмиттерный повторитель, стаби-литронные схемы сдвига уровня и цепь ограничения амплитуды выходного сигнала. Дифференциальный входной каскад ( VT1 и VT4) имеет обычное для интегральных ОУ малое напряжение смещения НУЛЯ. На эммитеры транзисторов VT1 и VT4 напряжение питания подается от генератора стабильного тока VT5, благодаря чему коллекторные токи транзисторов первого каскада почти не зависят от входного синфазного сигнала. Второй дифференциальный каскад ( VT3 и VT6) имеет балансную схему подачи смещения. [10]
| Сдвоенные операционные усилители КР1427УД1, К1423УД2. [11] |
Компаратор К554СА2 ( рис. 5.38) имеет два дифференциальных усилительных каскгдч, выходной эмиттерный повторитель, стаби-литронные схемы сдвига уровня и цепь ограничения амплитуды выходного сигнала.
Дифференциальный входной каскад ( VT1 и VT4) имеет обычное для интегральных ОУ малое напряжение смещения нуля. На эммитеры транзисторов VT1 и VT4 напряжение питания подается от генератора стабильного тока VT5, благодаря чему коллекторные токи транзисторов первого каскада почти не зависят от входного синфазного сигнала. Второй дифференциальный каскад ( VT3 и VT6) имеет балансную схему подачи смещения. В сбалансированном состоянии напряжение одиночного выхода этого каскада при колебаниях положительного напряжения питания не меняется.
[12]
| Сдвоенные операционные усилители КР1427УД1, К1423УД2. [13] |
Компаратор К554СА2 ( рис. 5.38) имеет два дифференциальных усилительных каскгдч, выходной эмиттерный повторитель, стаби-литронные схемы сдвига уровня и цепь ограничения амплитуды выходного сигнала. Дифференциальный входной каскад ( VT1 и VT4) имеет обычное для интегральных ОУ малое напряжение смещения нуля.
На эммитеры транзисторов VT1 и VT4 напряжение питания подается от генератора стабильного тока VT5, благодаря чему коллекторные токи транзисторов первого каскада почти не зависят от входного синфазного сигнала. Второй дифференциальный каскад ( VT3 и VT6) имеет балансную схему подачи смещения. В сбалансированном состоянии напряжение одиночного выхода этого каскада при колебаниях положительного напряжения питания не меняется.
[14]
Через резистор R10 и транзистор ТЗ в схему вводится положительная обратная связь, компенсирующая ослабление сигнала, вносимое схемой сдвига уровня. Диод Д1 обеспечивает защиту оконечных транзисторов от перегрузки при слишком высоком, уровне сигнала. Вследствие питания от двух источников и дифференциальной схемы первого каскада подача смещения во входную цепь не нужна. [15]
Страницы: 1 2
12.7. Операционные усилители
В
УПТ прямого усиления отсутствуют
компоненты, не поддающиеся
микроминиатюризации.
В связи с этим в
настоящее время их изготавливают в виде
интегральных микросхем. Очень
распространенным типом таких усилителей
является операционный усилитель (ОУ).
Это название данный тип усилителей
получил тогда, когда их использовали
только для выполнения математических
операций – суммирования, перемножения,
интегрирования, дифференцирования,
логарифмирования и т.д. В настоящее
время ОУ являются универсальными
устройствами, используемыми для
построения схем различных усилителей,
генераторов, формирователей,
преобразователей, активных фильтров,
стабилизаторов напряжения, источников
эталонного напряжения и большого числа
других приборов.
Интегральный ОУ представляет собой УПТ прямого усиления с симметричным входом, большим коэффициентом усиления, широкой полосой пропускания, высоким входным сопротивлением, низким выходным сопротивлением, малым дрейфом нуля, высоким подавлением синфазных сигналов и несимметричным выходом.
Независимо от сложности принципиальной
схемы структурная схема ОУ содержит
следующие основные функциональные
узлы: входной каскад, промежуточный
каскад – усилитель напряжения, схему
сдвига уровня и выходной каскад –
усилитель мощности (рис.
12.88).
Рис. 12.88 |
Входной каскад представляет собой дифференциальный каскад, свойства которого определяют входные параметры всего ОУ. Некоторые варианты реализации дифференциальных каскадов представлены на рис. 12.89. На рис. 12.89а приведена схема простейшего дифференциального каскада на биполярных транзисторах. На рис. 12.89б изображен простейший дифференциальный каскад на полевых транзисторах. В этой схеме для повышения коэффициента усиления дифференциального сигнала вместо стоковых резисторов включены транзисторы VT3, VT4, внутреннее сопротивление которых в этом случае является нагрузкой основных транзисторов VT1, VT2.
а | б |
Рис. | |
12.89Основным достоинством дифференциальных каскадов на полевых транзисторах является высокое входное сопротивление. Дрейфом по току в них практически можно пренебречь, однако дрейф по напряжению сравнительно большой.
Промежуточный каскад предназначен для согласования входного каскада с оконечным и создания максимального усиления напряжения. Большое усиление напряжения в одном каскаде можно получить только благодаря использованию динамической нагрузки.
Поэтому в интегральных ОУ промежуточные каскады в основном выполняются с динамической нагрузкой по схеме с общим эмиттером. Их схемы могут быть симметричными и несимметричными, причем последние получили более широкое распространение. В качестве усилительных элементов в промежуточных каскадах используются как одиночные транзисторы, так и составные. Некоторые варианты построения промежуточных каскадов представлены на рис. 12.90.
а | б |
Рис. | |
12.90 Выбор
той или иной схемы промежуточного
каскада зависит от требований к его
входному сопротивлению и типу входа.
Если требуется несимметричный вход и
не требуется большое входное сопротивление,
может быть применена схема, изображенная
на рис. 12.90а, в которой в качестве
усилительного элемента используется
составной транзистор VT3, VT4.
Динамической нагрузкой составного
транзистора является диод VD и транзистор VT1.
Конденсатор C предназначен для внутренней коррекции
АЧХ ОУ. Если требуется получить весьма
малое входное сопротивление и симметричный
вход, может быть применена схема,
приведенная на рис. 12.90б. Она содержит
два усилительных транзистора VT1, VT2,
которые включены по схеме с общей базой
и позволяют получить предельно малое
входное сопротивление при достаточно
большом усилении, так как их динамическими
нагрузками являются транзисторы VT3, VT5.
На транзисторе VT6 реализован источник стабильного тока.
Схема сдвига уровня предназначена для согласования по уровню постоянного напряжения выхода промежуточного каскада с входом оконечного каскада, поскольку в УПТ с непосредственными межкаскадными связями, каким является ОУ, происходит увеличение постоянного потенциала от входа к выходу. Известно немало схем сдвига уровня на биполярных и полевых транзистора. Некоторые варианты реализации схем сдвига уровня представлены на рис. 12.91.
а | б | в |
Рис. 12.91 | ||
Схемы
сдвига уровня представляют собой
эмиттерный повторитель, нагруженный
на делитель, состоящий из двух резисторов
(рис.
12.91а). Однако обычный резисторный
делитель будет делить (т.е. уменьшать в
заданное число раз) как постоянный
потенциал, который необходимо транслировать
вниз, так и полезный сигнал, который
надо усиливать. Чтобы избежать одинакового
деления постоянного и переменного
напряжения в делителе, включенном в
эмиттерную цепь, применяют резистор и
динамическую нагрузку, которая имеет
разные сопротивления для постоянного
и переменного токов, например стабилитрон
(рис. 12.91б). В интегральных ОУ сдвиг уровня
постоянного потенциала вниз чаще всего
осуществляется с помощью эмиттерного
повторителя, который нагружен на резистор
и генератор стабильного тока ГСТ (рис. 12.91в).
Выходным
каскадом ОУ является усилитель мощности,
который должен обеспечивать минимальное
выходное сопротивление, поэтому в
качестве выходных каскадов ОУ используются
эмиттерные или истоковые повторители.
Для повышения энергетических показателей
ОУ чаще применяются не однотактные, а
двухтактные схемы.
Двухтактные эмиттерные
повторители реализуются чаще всего на
комплементарной паре биполярных
транзисторов с двумя источниками
питания, причем как на одиночных
комплементарных парах, так и на
комплементарных парах на основе составных
транзисторов. В связи с тем, что к
выходному каскаду ОУ подключается
нагрузка, необходимо защищать мощные
выходные транзисторы от перегрузки,
которая может быть вызвана неправильным
выбором сопротивления нагрузки. Помимо
того возможно короткое замыкание выхода
ОУ на землю или шину питания. Поэтому в
интегральных ОУ должна быть предусмотрена
внутренняя защита от перегрузок и
короткого замыкания. Некоторые наиболее
простые варианты построения выходных
каскадов представлены на рис. 12.92.
а | б |
Рис. | |
12.92На рис. 12.92а приведена схема простейшего однотактного эмиттерного повторителя. Такие выходные каскады, дополненные схемами защиты от перегрузок, используются лишь в наиболее простых типах интегральных ОУ. На рис. 12.92б изображен двухтактный эмиттерный повторитель, выполненный на комплементарной паре VT1, VT2. Транзисторы VT3, VT4, включенные диодами, обеспечивают выбор рабочей точки транзисторов VT1, VT2 для работы в режиме класса AB с одновременной термостабилизацией.
Принципиальная схема простейшего интегрального ОУ типа К140УД1 представлена на рис. 12.93.
Рис. 12.93 |
Первый
каскад выполнен симметричным
дифференциальным на транзисторах VT1, VT2, VT3.
Вход 1 является неинвертирующим, вход 2 — инвертирующим. Если сигнал подается
только на один вход, то второй вход
присоединяют к общему проводу схемы
через резистор с сопротивлением, равным
сопротивлению источника сигнала.
Транзистор VT3 и резистор R3 исполняют роль источника стабильного
тока. Следующий каскад на транзисторах VT5, VT6, является также дифференциальным и имеет
несимметричный выход с коллектора VT6.
Транзистор VT4,
включенный диодом, стабилизирует режим
работы каскадов усилителя. Транзисторы VT7, VT8 и резисторы R9, R10, R12 входят в схему сдвига уровня. Сдвиг
уровня напряжения здесь осуществляется
делителем, образуемым резистором R9 и цепью VT8, R10 и R12.
Этот делитель подключен к несимметричному
выходу второго дифференциального
каскада через эмиттерный повторитель
на транзисторе VT7.
Такая схема сдвига уровня имеет большое
входное сопротивление и малый входной
ток (ток базы эмиттерного повторителя),
что позволяет выбрать большое сопротивление
резистора R5 и получить высокий коэффициент усиления
второго дифференциального каскада при
малом ослаблении сигнала делителем.
Выходным каскадом является эмиттерный
повторитель на транзисторе VT9.
Через резистор R10 и транзистор VT8 в схему вводится положительная обратная
связь, компенсирующая ослабление
сигнала, вносимое схемой сдвига уровня.
Диод VD1 обеспечивает защиту оконечных транзисторов
от перегрузки при слишком высоком уровне
сигнала.
Принципиальные
схемы других интегральных ОУ выглядят
гораздо сложнее, поскольку при разработке
интегральных ОУ, как и любых аналоговых
интегральных микросхем, используется
принцип схемотехнической избыточности.
Принцип схемотехнической избыточности
заключается в усложнении схемотехники
аналоговых интегральных схем для
улучшения их качества, минимизации
площади кристалла и повышения
технологичности.
Поэтому в аналоговых
интегральных схемах избегают применения
конденсаторов, занимающих большую
площадь подложки, предпочитая решать
проблемы согласования уровней каскадов
и стабилизации их режимов в пределах
более технологичной, хотя и усложненной,
схемотехники структур с непосредственными
связями. Стремление с помощью аналоговых
интегральных схем как можно точнее
реализовать аналоговые функции привело
к созданию многотранзисторных структур,
обладающих большой избыточностью
усиления. Для стабилизации эксплуатационных
и точностных характеристик в схемотехнике
аналоговых интегральных схем широко
применяется обратная связь. Для повышения
надежности аналоговых интегральных
схем их элементы обычно используются
в существенно недогруженных режимах.
Сказанное объясняет, почему принципиальные
схемы аналоговых интегральных схем так
отличаются от традиционных принципиальных
схем на дискретных транзисторах.
Условное графическое обозначение ОУ
как функционального элемента приведено
на рис. 12.
94.
Согласно ГОСТ 2.759 – 82 обозначения элементов аналоговой техники, к числу которых относится и ОУ, выполняют на основе прямоугольника. Прямоугольник может содержать основное и одно или два дополнительных поля, расположенных по обе стороны от основного. | |
Рис. 12.94 |
В основном поле указывается функциональное назначение элемента, для ОУ это треугольник. Справа от треугольника может быть указан коэффициент усиления. Если конкретное значение коэффициента усиления несущественно, его допускается не указывать (можно также вписать знак бесконечности).
Выводы
ОУ делятся на входные, выходные и выводы,
не несущие функциональной нагрузки, к
которым подключаются цепи напряжения
питания и элементы, обеспечивающие
нормальную работу ОУ.
Входы показывают слева, выходы – справа. Большинство ОУ имеют один несимметричный выход и два входа, симметричных по отношению к общему проводу. Прямые входы и выходы обозначают линиями, присоединяемыми к контуру графического изображения ОУ без каких-либо знаков, а с кружками в месте присоединения – инверсные входы и выходы.
Прямой
вход еще называют неинвертирующим, так
как фаза выходного сигнала совпадает
с фазой сигнала, поданного на этот вход.
Другой вход называют инвертирующим,
так как фаза выходного сигнала сдвинута
на 180о относительно сигнала, поданного на этот
вход. Чтобы обеспечить возможность
работы ОУ как с положительными, так и с
отрицательными входными сигналами,
требуется двухполярное питающее
напряжение. Для этого необходимо
предусмотреть два источника постоянного
напряжения, которые подключаются к
соответствующим выводам ОУ. Эти выводы
в общем случае обозначают буквой U.
Если питающих напряжений несколько, их
условно нумеруют (U1, U2)
и указывают каждое у своего вывода в
дополнительном поле.
Вместо буквы можно
указывать номинальное значение напряжения
и его полярность (например, метки +15
В и –
15 В). К
вспомогательным выводам относятся
выводы с метками FC – для подключения цепи частотной
коррекции, выводы с метками NC – для подключения цепи балансировки
по постоянному току, а также вывод
металлического корпуса (┴) для соединения
с общим проводом устройства, в которое
входит ОУ.
Для большей наглядности принципиальных схем допускается упрощенное обозначение ОУ (рис. 12.95), в котором сохраняется лишь основное поле и сигнальные выводы. Общий провод, играющий роль сигнального вывода, также может быть не показан. | |
Рис. 12.95 |
По принципу действия ОУ сходен с обычным
УПТ. Он также предназначен для усиления
напряжения или мощности входного
сигнала.
Однако ОУ создан специально
для использования в схемах с глубокой
обратной связью, так, чтобы параметры
схемы определялись преимущественно
параметрами цепи обратной связи, а сам
ОУ был функционально незаметен. Такой
ОУ по своим характеристикам должен
приближаться к идеальному.
Идеальный (концепция идеализации) ОУ имеет бесконечно большой коэффициент усиления по напряжению и бесконечно большое входное сопротивление, а, следовательно, входной ток его равен нулю. Выходное сопротивление идеального ОУ равно нулю, а, следовательно, нагрузка не должна влиять на выходное напряжение. Поскольку коэффициент усиления ОУ очень велик, то при конечном выходном напряжении входное напряжение должно быть близким к нулю. Частотный диапазон усиливаемых сигналов должен простираться от постоянного напряжения до очень высоких частот.
Эти
свойства даже теоретически не могут
быть достигнуты. Поэтому можно говорить
лишь о степени приближения к идеальным
свойствам. Близость параметров реального
ОУ к идеальным определяет точность, с
которой данный ОУ реализует свои функции
в составе того или иного устройства.
Знание основных параметров позволяет выяснить ценность конкретного ОУ, быстро и правильно сделать выбор подходящего, проектировать устройства практически без макетирования, предотвращать работу ОУ в недопустимом режиме и уменьшать вероятность отказа.
Параметры ОУ можно разделить на несколько групп: входные, выходные, усилительные, энергетические и т.д. Однако наиболее часто их подразделяют на статические и динамические параметры.
публичных каналов с пометкой «level-shift» — CircuitLab
Теперь показаны схемы 1-9 из 9. Сортировать по недавно измененное имя
Переключатель уровня постоянного тока ОБЩЕСТВЕННЫЙ от mk5734
|
обновлено 19 ноября 2018 г. БЖТ сдвиг уровня lm741 операционный усилитель | |
Масштаб и сдвиг (полный) ОБЩЕСТВЕННЫЙМахди | обновлено 16 сентября 2013 г. сдвиг уровня операционный усилитель шкала | |
Преобразователь ТТЛ в ±12В ОБЩЕСТВЕННЫЙ путем присвоения
|
обновлено 14 сентября 2012 г. 12В преобразователь сдвиг уровня одинарный на двойной ттл | |
Логарифмический усилитель ОБЩЕСТВЕННЫЙСтандартный логарифмический усилитель. Изменено таким образом, что будут обрабатываться как отрицательные, так и положительные сигналы. Ануби | обновлено 02 июня 2012 г. усилитель аналог сдвиг уровня операционный усилитель | |
Дифференциальный усилитель FET-BJT ОБЩЕСТВЕННЫЙ Урезанная версия усилителя Geophone. Ануби | обновлено 20 мая 2012 г. усилитель аудио точка смещения БЖТ jfet сдвиг уровня | |
Усилитель геофона ОБЩЕСТВЕННЫЙОднополярное напряжение. Дифференциальный вход с высоким импедансом относительно земли. Дифференциальный выход линейного драйвера с низким импедансом. Эта схема не будет сходиться со старой моделью JFET. CircuitLab исправила… Ануби
|
обновлено 19 мая, 2012 г. усилитель аудио БЖТ дифференциал jfet сдвиг уровня запускать | |
Беда2 ОБЩЕСТВЕННЫЙЭто подмножество «Проблемы 1». Это коэффициент усиления по напряжению ядра и обратная связь по смещению постоянного тока, для которых в старой модели полевого транзистора характерны трудности сходимости. CircuitLab исправила модель. Эта схема сейчас… Ануби | обновлено 18 мая 2012 г. усилитель БЖТ конвергенция Обратная связь первоначальные условия jfet сдвиг уровня запускать | |
сервоусилитель 2 ОБЩЕСТВЕННЫЙ Расширение сервоусилителя 1. Ануби | обновлено 22 марта 2012 г. h-мост сдвиг уровня двигатель сила сервопривод | |
Н-мост ОБЩЕСТВЕННЫЙот mrobbins | обновлено 04 февраля 2012 г. диод лететь обратно индуктивный сдвиг уровня мосфет двигатель сила |
Обратите внимание, что мертвая зона не обеспечивает «сквозной» или «перекрёстной проводимости». Для двунаправленного привода двигателя или привода термоэлектрического охладителя.Другие теги
555 7805 переменный ток в постоянный активный фильтр усилитель аналог а также анод аттенюатор atx аудио автомобильный отклонение группы запрещенная зона поведенческий точка смещения БЖТ сулит мост-выпрямитель кнопка калькулятор каскадные фильтры каскод катод смос кольпиты компенсация источник постоянного тока токоограничивающий текущее зеркало текущий монитор регулятор тока дак постоянный ток в переменный устройство-моделирование дифференциал дифференциатор цифровой диод делитель эмиттерный повторитель Обратная связь фильтр лететь обратно обратноходовой диод частотная область полная волна гитара радиолюбитель высокая частота высокоскоростной высокое напряжение хв гистерезис IC катушка зажигания индукция индуктивный индуктивная нагрузка первоначальные условия инструментальный усилитель интегратор инвертирование jfet Лаплас вел светодиодная матрица сдвиг уровня освещение липо лм317 тензодатчик логический вентиль НЧ механический микроконтроллер микрофон мосфет двигатель мультивибратор неинвертирующий нелинейный ни выемка Закон Ома операционный усилитель оптический или же осциллятор параллельно пассивный пассивный фильтр печатная плата сдвиг фазы фотодиод фоторезистор фототранзистор пьезо растения потенциометр сила источник питания блок питания предусилитель тянуть вниз остановить ШИМ радиоуправляемый релаксационный осциллятор реле резистор-лестница резонанс рф рлк ПЗУ насыщенность триггер Шмитта датчик серии серводвигатель сигнал свеча зажигания стабильность степпер подведение итогов суперпозиция переключение постоянная времени трансформатор транзистор транслинейный твин-т делитель напряжения регулятор напряжения волновая арифметика проводка хнор xor стабилитрон переключение при нулевом напряжении
О CircuitLab
CircuitLab — это встроенный в браузер программный инструмент для создания схем и моделирования цепей, который поможет вам быстро проектировать и анализировать аналоговые и цифровые электронные системы.
- Дом CircuitLab
- Примеры цепей
- Блог
- Форумы
- О нас
- Часто задаваемые вопросы
- Документация
- Вопросы и ответы по электронике
- Учебник по электронике
Типовой операционный усилитель-TINA и ресурсы TINACloud
Типовой операционный усилитель
Большинство операционных усилителей спроектированы и изготовлены в соответствии с блок-схемой, показанной на рисунке 8.
Рисунок 8 – Типовая конфигурация операционного усилителя
Дифференциальный усилитель и каскад усиления по напряжению являются единственными каскадами, обеспечивающими усиление по напряжению. Дифференциальный усилитель также обеспечивает CMRR, который так важен для операционного усилителя. Выход дифференциального усилителя часто подключают к эмиттерному повторителю с большим эмиттерным резистором, чтобы обеспечить нагрузку с высоким импедансом дифференциального усилителя и получить высокий коэффициент усиления.
Помните, что усилитель с общим эмиттером с высоким коэффициентом усиления имеет гораздо более низкий входной импеданс, чем усилитель CE со средним коэффициентом усиления. Затем это позволяет использовать усилитель CE с высоким коэффициентом усиления для обеспечения дополнительного усиления. Линейные операционные усилители имеют прямую связь для обеспечения ac усиление. Это также устраняет необходимость в разделительном конденсаторе, который слишком велик для размещения на микросхеме. Сдвиги уровня необходимы для того, чтобы гарантировать, что выходной сигнал не имеет смещения dc . Операционные усилители могут быть очень точно смоделированы путем моделирования схемы. Мы продемонстрируем это с помощью онлайн-моделирования схемы TINACloud.
Схемы операционных усилителей упаковываются в стандартные упаковки интегральных схем, включая банки, двухрядные упаковки (DIP) и плоские упаковки. Каждый из этих пакетов имеет как минимум восемь контактов или соединений.
Они показаны на рисунках 9., 10 и 11.
Рисунок 9 – Подключение операционного усилителя к корпусу банки (вид сверху)
Рисунок 10 – Подключение операционного усилителя 14-контактный DIP (вид сверху)
Рисунок 11 – Подключение операционного усилителя для 10-контактного плоского блока (вид сверху)
На рисунках показано расположение контакта 1. В может упаковывать на рис. 9, контакт 1 обозначен как первый контакт слева от выступа, а контакты нумеруются последовательно против часовой стрелки, если смотреть сверху. В двухрядном корпусе , показанном на рис. 10, в верхней части корпуса имеется углубление для размещения контакта 1, а контакты пронумерованы слева вниз и справа вверх. Обратите внимание, что более одного операционного усилителя (обычно 2 или 4) упакованы в один DIP.
В плоской упаковке на рис. 11 контакт 1 обозначен точкой, а контакты пронумерованы, как в DIP.
Для многих операционных усилителей требуется как отрицательный, так и положительный источник напряжения. Типичные источники напряжения находятся в диапазоне от ±5 В до ±25 В. На рис. 12 показаны типичные подключения источника питания к операционному усилителю.
Максимальный размах выходного напряжения ограничен постоянным напряжением , подаваемым на операционный усилитель. Некоторые операционные усилители могут работать от одного источника напряжения. Спецификации производителя определяют пределы работы в тех случаях, когда операционный усилитель использует только один источник питания.
Рисунок 12 – Подключение источника питания
Максимальный размах выходного напряжения ограничен постоянным напряжением , подаваемым на операционный усилитель. Некоторые операционные усилители могут работать от одного источника напряжения. Спецификации производителя определяют пределы работы в тех случаях, когда операционный усилитель использует только один источник питания.
Операционный усилитель µA741 показан в эквивалентной схеме на рис. 13. Он производится с 1966 большинством производителей микросхем, и хотя с момента его появления было много достижений, 741 по-прежнему широко используется.
Рис. 13. Операционный усилитель 741
Операционный усилитель 741 имеет внутреннюю компенсацию , которая относится к RC-цепочке, вызывающей падение высокочастотной амплитудной характеристики. Поскольку усилитель имеет высокий коэффициент усиления (порядка 10 4 до 10 5 на низких частотах) и поскольку паразитные емкости в транзисторах позволяют паразитная обратная связь операционный усилитель стал бы нестабильным и колебался бы, если бы не внутренняя компенсация. Два каскадных дифференциальных усилителя управляют дополнительным симметричным усилителем мощности через другой усилитель напряжения.
Операционный усилитель 741 состоит из трех каскадов: входного дифференциального усилителя, промежуточного несимметричного усилителя с высоким коэффициентом усиления и выходного буферного усилителя.
Другая схема, важная для его работы, — это переключатель уровня для смещения уровня сигнала dc , чтобы выходной сигнал мог колебаться как в положительную, так и в отрицательную сторону, схемы смещения для подачи опорных токов на различные усилители и схемы, защищающие операционный усилитель. от коротких замыканий на выходе. 741 имеет внутреннюю компенсацию с помощью встроенной цепи конденсатор-резистор.
Операционный усилитель дополнительно улучшен за счет добавления дополнительных каскадов усиления, изоляции входных цепей и добавления дополнительных эмиттерных повторителей на выходе для уменьшения выходного импеданса. Другие улучшения приводят к увеличению CMRR, более высокому входному импедансу, более широкой частотной характеристике, уменьшенному выходному импедансу и увеличению мощности.
Цепи смещения В операционном усилителе 741 на рис. 13 можно увидеть несколько источников постоянного тока. Транзисторы Q 8 and Q 9 are the current source for I EE of the differential amplifier formed by Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 .
Транзисторы Q 5 , Q 6 и Q 7 являются активными нагрузками, заменяющими резисторы R C дифференциальных усилителей. Транзисторы Q 10 , Q 11 и Q 12 образуют цепь смещения для источников тока дифференциального усилителя. Транзисторы Q 10 и Q 11 образуют источник тока Видлара для этой цепи смещения, а другие транзисторы действуют как токовое зеркало.
Схема 741 включает ряд транзисторов, которые обычно отключаются и проводят ток только в том случае, если на выходе присутствует большой ток. Затем смещение на выходных транзисторах изменяется, чтобы уменьшить этот ток до приемлемого уровня. В схеме на рисунке 13 эта схема защиты от короткого замыкания состоит из транзисторов Q 15 and Q 22 and resistor R 11.
The input stage of the 741 op-amp is required to provide voltage gain, level shifting, and a однотактный дифференциальный выход усилителя. Сложность схемы вызывает большую ошибку напряжения смещения. В отличие от этого, стандартный дифференциальный усилитель с резисторной нагрузкой вызывает меньшую ошибку напряжения смещения. Однако стандартный усилитель имеет ограниченный коэффициент усиления, что означает, что для достижения желаемого усиления потребуется больше каскадов. Дифференциальные усилители с резисторной нагрузкой используются в операционных усилителях с меньшим дрейфом напряжения, чем у 741.
BJT, используемые во входном каскаде, требуют больших токов смещения, что создает проблемы с током смещения. Чтобы уменьшить погрешность тока смещения, в других типах операционных усилителей во входном каскаде используются полевые МОП-транзисторы.
The input stage of the 741 is a differential amplifier with an active load formed by transistors Q 5 , Q 6 , and Q 7 and resistors R 1 , Р 2 и Р 3 .
Эта схема обеспечивает нагрузку с высоким сопротивлением и преобразует сигнал из дифференциального в несимметричный без ухудшения усиления или коэффициента подавления синфазного сигнала. Несимметричный выход берется с коллектора Q 6 . Сдвиг уровня входного каскада состоит из боковых транзисторов pnp , Q 3 и Q 4 , которые включены по схеме с общей базой.
Использование боковых транзисторов, Q 3 и Q 4 дает дополнительное преимущество. Они помогают защитить входные транзисторы Q 1 и Q 2 от пробоя перехода эмиттер-база. Переход эмиттер-база транзистора npn пробьет, когда обратное смещение превысит примерно 7 В. Боковой пробой транзистора не произойдет, пока обратное смещение не превысит примерно 50 В. Поскольку транзисторы включены последовательно с Q 1 и Q 2 повышено напряжение пробоя входной цепи.
Промежуточные каскады в большинстве операционных усилителей обеспечивают высокий коэффициент усиления за счет нескольких усилителей. В 741 несимметричный выход первого каскада подключен к базе Q 16 , которая имеет конфигурацию эмиттерного повторителя. Это обеспечивает высокий входной импеданс входного каскада, что минимизирует нагрузку. Промежуточный каскад также состоит из транзисторов Q 16 и Q 17 и резисторы R 8 и R 9 . Выход промежуточного каскада берется из коллектора Q 17 и подается на Q 14 через фазовращатель. Конденсатор в 741 используется для частотной компенсации, которая обсуждается в последующих главах этого текста.
Выходной каскад Выходной каскад операционного усилителя необходим для обеспечения высокого коэффициента усиления по току при низком выходном импедансе.
В большинстве операционных усилителей используется выходной каскад с дополнительной симметрией для повышения эффективности без ущерба для коэффициента усиления по току. Максимально достижимая эффективность усилителя класса B с комплементарной симметрией составляет 78%. Несимметричный выходной усилитель имеет максимальный КПД всего 25%. Некоторые операционные усилители используют комплементарную симметрию пары Дарлингтона для увеличения их выходной мощности. Выходной каскад комплементарной симметрии в модели 741 состоит из Q 14 и Q 20 .
Небольшие резисторы R 6 и R 7 обеспечивают ограничение тока на выходе. Пара Дарлингтона, Q 18 и Q 19 , используется вместо диода в выходном каскаде с комплементарной симметрией с диодной компенсацией, как описано в главе 8. Расположение пары Дарлингтона предпочтительнее двух транзисторов. подключен как диод, так как он может быть изготовлен на меньшей площади.
Источник тока, заменяющий резистор смещения в схеме комплементарной симметрии, реализован одной частью транзистора 9.0157 Q 13 . Транзисторы Q 22 , Q 23 и Q 24 являются частью устройства сдвига уровня, которое обеспечивает центрирование выходного напряжения вокруг нулевой оси.
CURRENT – 3. Типовой операционный усилитель
PREVIOUS – 2. Регуляторы уровня
NEXT – 4. Технические характеристики производителя
Opamp – Операционный усилитель
Усилитель, CMRR, дифференциальный усилитель, операционный усилитель 1 Комментарий
Содержание
- 1 Что такое операционный усилитель?
- 1.1 Чем операционный усилитель отличается от других усилителей?
- 2 Символ Opamp
- 3 Блок -схема Opamp
- 3,1 Стадия входной стадии
- 3,2 Стадия .
- 5.1 Идеальный опал
- 5.1.1 Характеристики идеального Opamp
- 5,1,2 Золотые правила Opamp
- 5,2 Real Opamp
- 5,3 Real VS VSAMP
- 5.3 VSAMP VSAMP 9015 2
- 5.3 VSAMP ANPAMP
- 5.3. Входное напряжение смещения
- 6.2 Входной ток смещения
- 6.3 Входной ток смещения
- 6.4 Дифференциальное входное сопротивление (Ri)
- 6.5 Входная емкость (Ci)
- 6.6 Диапазон регулировки напряжения смещения
- 6.7 Диапазон входного напряжения
- 6.8 Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR)
- 6.9 Коэффициент подавления напряжения питания (SVRR)
- 6.10 Размах выходного напряжения
- 6.11 Скорость нарастания (SR) Продукт (GBindwidth)
- 5
- 5
- 5
- 6.13 Усиление напряжения большого сигнала
- 6.14 Переходная характеристика
- 6.15 Выходной ток короткого замыкания
- 6. 16 Дрейф входного напряжения смещения
- 6.17 Рабочий ток питания
16 Дрейф входного напряжения смещения- 7.2.1 Negative Feedback
- 7.2.1.1 Advantages of Negative Feedback
- 7.2.2 Positive Feedback
- 8.1 Pinout
Операционный усилитель — это аббревиатура от Операционный усилитель. Операционный усилитель — это усилитель с высоким коэффициентом усиления с прямой связью, обычно состоящий из одного или нескольких дифференциальных усилителей, за которыми следуют транзистор уровня и выходной каскад. Выходной каскад обычно представляет собой двухтактный или двухтактный усилитель с дополнительной симметрией.
Операционные усилители являются строительными блоками аналоговой схемы и также известны как дифференциальные усилители, поскольку их выходной сигнал зависит от разницы между входными сигналами. Его также можно использовать для усиления сигналов как постоянного, так и переменного тока.
Операционные усилители в первую очередь предназначены для старых аналоговых компьютеров, где они использовались для вычисления математических функций, таких как сложение, вычитание и т. д. Используя подходящие внешние компоненты обратной связи, операционные усилители можно использовать в таких приложениях, как усилители, генераторы, компараторы и т. д.
Чем операционный усилитель отличается от других усилителей?
Операционный усилитель — это дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления. Он имеет в основном 2 входа: неинвертирующий вход (Vp или V+) и инвертирующий вход (Vn или V-). Операционный усилитель будет усиливать только разницу между этими двумя входами, т.е. (Vp – Vn) или (V+ – V-) . Важные особенности операционных усилителей по сравнению с обычными усилителями приведены ниже.
- Очень высокий коэффициент усиления
- Очень высокое входное сопротивление
- Очень низкое выходное сопротивление
- Высокий КОСС
- Высокая пропускная способность
- Способен усиливать как переменный, так и постоянный ток
- Низкий уровень шума
| Vs+ | : Положительный источник питания |
| Вс- | : Отрицательный источник питания |
| В+ | : Неинвертирующий вход |
| В- | : Инвертирующий вход |
| Ввых | : Вывод |
Входные сигналы на инвертирующую клемму приводят к выходу с противоположной полярностью, тогда как входные сигналы на неинвертирующую клемму дают выход с той же полярностью.
Блок-схема операционного усилителя
Входной каскад представляет собой дифференциальный усилитель со сбалансированным выходом и двойным входом, который обеспечивает большую часть коэффициента усиления усилителя по напряжению, а также определяет входное сопротивление операционного усилителя. Промежуточный каскад представляет собой несимметричный дифференциальный усилитель с двойным входом и выходом. Напряжение постоянного тока на выходном каскаде будет выше потенциала земли из-за прямой связи. Таким образом, для смещения уровня постоянного тока на ноль используется каскад сдвига уровня . Выходной каскад обычно представляет собой дополнительный двухтактный усилитель, который увеличивает размах выходного напряжения и ток питания операционного усилителя. Он также отвечает за установление низкого выходного сопротивления операционного усилителя.
Дополнительные сведения см. в статье Дифференциальный усилитель на транзисторах.
Входной каскад
Как объяснялось выше, входной каскад представляет собой дифференциальный усилитель со сбалансированным выходом и двойным входом, который обеспечивает большую часть усиления по напряжению усилителя, а также определяет входное сопротивление операционного усилителя.
Простая схема дифференциального усилителя со сбалансированным выходом и двойным входом показана ниже.
Промежуточный каскад
Как объяснялось выше, промежуточный каскад представляет собой дифференциальный усилитель с несимметричным выходом и двойным входом. Простая схема несимметричного дифференциального усилителя с двумя входами показана ниже.
Дифференциальный усилитель с несимметричным выходом с двумя входамиСтадия сдвига уровня
Поскольку операционные усилители связаны напрямую, уровень постоянного тока на выходе будет выше нуля. Каждый каскад усилителя производит усиление переменного тока сигнала, но в то же время уровень постоянного тока смещается из-за напряжений смещения. Поэтому нам нужно использовать схемы преобразователя уровня, чтобы сместить уровень постоянного тока на ноль. Для этой цели можно использовать эмиттерный повторитель делителя напряжения. Напряжение постоянного тока определяется соотношением R1 и R2.
Для лучших результатов мы также можем использовать токовые зеркальные или диодные цепи смещения тока, как показано ниже.
Выходной каскад
Этот каскад должен обеспечивать ток нагрузки и иметь низкое выходное сопротивление. Дополнительный двухтактный усилитель увеличивает размах выходного напряжения выходного сигнала, а также увеличивает токоотдачу операционного усилителя.
Простая принципиальная схема операционного усилителяИдеальный операционный усилитель
Идеальный операционный усилитель — это концепция (на самом деле не существует), которая позволяет нам сформулировать характеристики идеального/идеального усилителя.
Эквивалентная схема идеального операционного усилителяХарактеристики идеального операционного усилителя
Передаточные характеристики идеального операционного усилителя- Бесконечный коэффициент усиления по напряжению без обратной связи
- Бесконечное входное сопротивление
- Нулевой выходной импеданс
- Бесконечная пропускная способность
- Нулевое входное напряжение смещения
- Нулевой коэффициент усиления общего режима
- Бесконечный CMRR (коэффициент подавления синфазного сигнала)
- Смещение нулевого выхода постоянного тока
- Нулевой уровень шума
- Бесконечный коэффициент отклонения источника питания
- Положительные и отрицательные колебания напряжения на шине питания
- Выход мгновенно переключается на правильное значение
Золотые правила операционных усилителей
Эти идеальные характеристики операционных усилителей можно свести к двум золотым правилам.
- В цепи с замкнутым контуром выход операционного усилителя сделает все возможное, чтобы свести к нулю разницу напряжений между входами.
- Входы операционных усилителей не потребляют ток.
Реальный операционный усилитель
Эквивалентная схема операционного усилителя Передаточные характеристики операционного усилителяСравнение реального и идеального операционных усилителей
| Параметр | Идеальный операционный усилитель | Реальный операционный усилитель |
|---|---|---|
| Усиление напряжения | ∞ | 10 5 ~ 10 9 |
| Входное сопротивление | ∞ | 10 6 Ом (BJT) 10 9 ~ 10 12 Ом (FET) |
| Выходное сопротивление | 0 | 100 ~ 1000 Ом |
| Усиление синфазного сигнала | 0 | 10 -5 |
| Коэффициент усиления полосы пропускания | ∞ | 1 ~ 20 МГц |
Входное напряжение смещения
Это напряжение, которое должно быть приложено между двумя входными клеммами для обнуления выходного сигнала.
Как показано на рисунке ниже Vdc1, Vdc2 — входное напряжение постоянного тока, а Vio — входное напряжение смещения.
- Vio = Vdc1 — Vdc2
Чем выше соответствие между входными клеммами, тем меньше значение Vio . Для ОУ 741 максимальное значение Vio составляет 6 мВ. В идеале выход операционного усилителя будет равен нулю, когда обе входные клеммы заземлены.
Входной ток смещения
Входные токи — операционный усилительВходной ток смещения — это алгебраическая разница между токами через две входные клеммы. пусть я B1 — ток через неинвертирующую клемму, а I B2 — ток через инвертирующую клемму. Тогда входной ток смещения определяется выражением
- Iio=|I B1 – I B2 |
Чем выше соответствие между входными клеммами, тем меньше значение Iio. Для ОУ 741 максимальное значение Iio составляет 200 нА.
Входной ток смещения
Среднее значение токов через инвертирующие и неинвертирующие клеммы операционного усилителя.
- Входной ток смещения, I B = (I B1 + I B2 )/2
Для операционных усилителей 741 максимальное значение I B составляет 500 нА.
Дифференциальное входное сопротивление (Ri)
Дифференциальное входное сопротивление — это эквивалентное сопротивление, измеренное на любой из входных клемм по отношению к земле.
Для операционных усилителей 741 значение дифференциального входного сопротивления относительно велико и составляет порядка 2 МОм.
Входная емкость (Ки)
Это емкость, измеренная между любой из входных клемм по отношению к земле.
Значение Ci для операционного усилителя 741 составляет 1,4 пФ.
Диапазон регулировки напряжения смещения
Некоторые операционные усилители, такие как UA741 или LM741, имеют нулевые входы смещения (1 st и 5 th pin).
Эти выводы можно использовать для обнуления выхода при замыкании входов. Диапазон выходного напряжения, который можно отрегулировать, называется диапазоном регулировки напряжения смещения. Обычно для операционных усилителей 741 оно составляет ±15 мВ.
Диапазон входного напряжения
Операционный усилитель перестанет нормально работать, если напряжение на любой из входных клемм превысит этот предел. Для операционных усилителей 741 ограничение составляет ±13 В.
Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR)
Способность подавлять сигнал синфазного сигнала называется коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR). Его также можно определить как отношение дифференциального усиления к синфазному усилению.
| CMRR | = |дифференциальное усиление/усиление синфазного сигнала| |
| = |Ад/Ас| | |
CMRR | Единица CMRR — дБ = 20log|Ad/Ac| |
Как упоминалось ранее, в идеале выходной сигнал в синфазном режиме должен быть равен нулю, что подразумевает бесконечный CMRR.
CMRR выражается в децибелах (дБ), а типичное значение CMRR операционного усилителя 741 – 9.5 дБ.
Коэффициент подавления напряжения питания (SVRR)
SVRR — это отношение изменения входного напряжения смещения операционного усилителя к изменению напряжения питания. Он также известен как коэффициент отклонения источника питания (PSRR) или чувствительность источника питания (PSS). Это может быть выражено в микровольтах/вольтах или децибелах (дБ).
- SVRR = ∆Vio/∆V
Для операционного усилителя 741 SVRR составляет 150 мкВ/В.
Размах выходного напряжения
Это максимальное положительное или отрицательное выходное напряжение, которое может быть получено без ограничения волны. Это зависит от выходного импеданса нагрузки и напряжения питания.
Типичный размах выходного напряжения операционного усилителя 741 составляет ±14 В при напряжении питания ±15 В и импедансе нагрузки более 10 кОм.
Скорость нарастания (SR)
SR определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения в единицу времени.
Выражается в вольтах на микросекунду.
- SR = dVo/dt В/мкс
Указывает, насколько быстро изменяется выходной сигнал операционного усилителя в ответ на изменения входного сигнала. Скорость нарастания изменяется с коэффициентом усиления по напряжению и обычно указывается при единичном усилении. SR является ключевым фактором при выборе операционных усилителей для приложений переменного тока.
Типичная скорость нарастания ОУ 741 составляет 0,5 В/мкс.
Коэффициент усиления — произведение полосы пропускания (ГБ)
Произведение усиления полосы пропускания — операционный усилитель Произведение усиления полосы пропускания описывает коэффициент усиления операционного усилителя на разных частотах. Он определяется как полоса пропускания операционного усилителя, когда коэффициент усиления по напряжению равен единице. Как показано на приведенном выше графике, усиление без обратной связи падает со скоростью -20 дБ/декада.
Это означает, что если мы удвоим частоту, усиление упадет вдвое. И если мы вдвое снизим частоту, выигрыш удвоится. Это означает, что произведение коэффициента усиления и пропускной способности практически постоянно. В этом и заключается значение Gain Bandwidth Product.
Для операционного усилителя 741 ГБ составляет примерно 1 МГц.
Коэффициент усиления по напряжению большого сигнала
Коэффициент усиления операционного усилителя по постоянному току, т. е. на низкой частоте. Обычно указывается в В/мВ.
- Коэффициент усиления по напряжению = Выходное напряжение/Дифференциальное входное напряжение
- А = В/вид
Типичное усиление по напряжению большого сигнала для операционных усилителей 741 составляет 200 В/мВ.
Переходная характеристика
Переходная характеристика дает нам информацию о том, как операционный усилитель будет работать при импульсном входе. Обычно в таблицах данных указывается время нарастания и перерегулирование .
Время нарастания — это время, необходимое сигналу, чтобы подняться с 10% до 90% от его конечного значения, в то время как выброс — это возникновение сигнала, превышающего свое целевое значение.
Время нарастания операционного усилителя 741 составляет 0,3 мкс, а выброс составляет 5%.
Выходной ток короткого замыкания
Выходной ток короткого замыкания дает нам максимальный ток, который может быть источником или потребителем на выходе операционного усилителя. В некоторых приложениях может потребоваться операционный усилитель, полное сопротивление которого приблизительно равно нулю (означает, что выходное напряжение приблизительно равно нулю).
Выходной ток короткого замыкания операционного усилителя 741 составляет 25 мА.
Дрейф входного напряжения смещения
Указывает на изменение входного напряжения смещения в зависимости от изменения температуры. Для ОУ 741 это 15 мкВ/°C. Таким образом, для схемы, которая будет работать в диапазоне 0 ~ 50 ° C, входное напряжение смещения изменится на 15 мкВ / ° C x 50 ° C = 0,75 мВ в худшем случае.
Ток питания
Ток, потребляемый операционным усилителем от источника питания без нагрузки, называется током питания. Для ОУ 741 максимальный ток питания составляет 2,8 мА.
Как мы видели выше, операционный усилитель имеет два входа: неинвертирующий вход (V+ или Vp) и инвертирующий вход (V- или Vn). В идеале он будет усиливать только разницу между этими двумя входами, которая называется дифференциальным входным напряжением (Vp – Vn или V+ – V-).
- Vвых = A OL (Vp – Vn)
Где A OL – коэффициент усиления разомкнутого контура операционного усилителя.
Усилитель без обратной связи
Коэффициент усиления без обратной связи (A OL ) — это усиление операционного усилителя при отсутствии обратной связи. Обычно А OL очень высокий, для интегральных схем операционных усилителей он превышает 100 000. Таким образом, даже очень небольшая разница в Vp и Vn приведет к тому, что выходное напряжение будет равно напряжению питания.
Состояние, когда выходное напряжение становится больше или равно напряжению питания, называется насыщением усилителя . Величина усиления разомкнутого контура (A OL ) не контролируется должным образом в процессе изготовления/производства, и этот очень высокий коэффициент усиления может улавливать много шума. По этим причинам нецелесообразно использовать конфигурацию разомкнутого контура в качестве стандартного дифференциального усилителя. Поэтому обычно мы будем использовать усилитель с разомкнутым контуром только в качестве 9-канального усилителя.0157 компаратор .
В приведенной выше схеме инвертирующий вход Vn заземлен (0 В) с помощью резистора Rg. Таким образом, когда Vin положителен, Vout будет положительным максимумом, а когда Vin отрицательным, Vout будет отрицательным максимумом.
Замкнутый контур
Усилитель с замкнутым контуром можно сделать, подавая часть выходного сигнала на вход.
У нас может быть отрицательная обратная связь или положительная обратная связь в зависимости от входа (инвертирующего или неинвертирующего), на который дается обратная связь.
Где
- A — коэффициент усиления без обратной связи
- β — коэффициент обратной связи
Из рис.
- V = Vin – Vout * β ——————(1) (отрицательная обратная связь)
- Vвых = A* V ——————(2)
Подстановка (1) в (2) =>
- Vout = A(Vin – Vout * β)
- Vвых= AVвх – AVвыхβ
- AVin = Vвых + AVвыхβ
- AVin = Vвых(1 + Aβ)
- Vвых/Vвх = A/(1 + Aβ)
Таким образом,
- Коэффициент усиления замкнутого контура отрицательной обратной связи, Vout/Vin = A/(1 + Aβ)
- Коэффициент усиления замкнутого контура положительной обратной связи, Vout/Vin = A/(1 – Aβ)
Отрицательная обратная связь
Отрицательная обратная связь обычно используется, когда операционный усилитель используется в качестве усилителя.
