Усилитель переменного напряжения на оу. Усилители переменного напряжения на операционных усилителях: принцип работы и основные схемы

Как работают усилители переменного напряжения на операционных усилителях. Какие бывают основные схемы таких усилителей. Каковы их преимущества и особенности применения. Как рассчитать коэффициент усиления и другие параметры.

Принцип работы усилителя переменного напряжения на ОУ

Усилитель переменного напряжения на операционном усилителе (ОУ) позволяет усиливать входной сигнал переменного тока. Основные принципы работы такого усилителя:

• Использование отрицательной обратной связи для стабилизации коэффициента усиления
• Применение разделительных конденсаторов для отделения постоянной составляющей
• Возможность задания нужного коэффициента усиления с помощью внешних резисторов
• Широкая полоса пропускания благодаря высоким характеристикам ОУ

Основные схемы усилителей переменного напряжения на ОУ

Наиболее распространенными схемами усилителей переменного напряжения на ОУ являются:

Инвертирующий усилитель

В этой схеме входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ через резистор R1. Коэффициент усиления определяется отношением резисторов обратной связи R2 и входного R1:

K = -R2/R1

Знак минус указывает на инверсию фазы выходного сигнала относительно входного.

Неинвертирующий усилитель

В неинвертирующей схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ. Коэффициент усиления рассчитывается по формуле:

K = 1 + R2/R1

Где R2 — резистор обратной связи, R1 — резистор между инвертирующим входом и общим проводом.

Преимущества усилителей переменного напряжения на ОУ

Основные достоинства таких усилителей:

• Высокий коэффициент усиления
• Широкая полоса пропускания
• Низкий уровень шумов и искажений
• Простота схемотехники
• Возможность легко задавать нужный коэффициент усиления
• Высокое входное и низкое выходное сопротивление

Особенности расчета усилителей переменного напряжения на ОУ

При расчете таких усилителей необходимо учитывать следующие моменты:

• Выбор номиналов разделительных конденсаторов для обеспечения нужной нижней граничной частоты
• Расчет резисторов для задания требуемого коэффициента усиления
• Учет ограничений ОУ по частоте единичного усиления
• Обеспечение устойчивости схемы с помощью корректирующих цепей при необходимости

Применение усилителей переменного напряжения на ОУ

Основные области применения:

• Аудиотехника (предварительные усилители, усилители мощности)
• Измерительная техника (усилители датчиков, инструментальные усилители)
• Системы связи (усилители промежуточной частоты, модуляторы)
• Промышленная электроника (усилители сигналов с датчиков)

Ключевые параметры усилителей переменного напряжения на ОУ

При выборе и проектировании усилителей переменного напряжения на ОУ важно учитывать следующие параметры:

• Коэффициент усиления
• Полоса пропускания
• Входное и выходное сопротивление
• Коэффициент нелинейных искажений
• Уровень шумов
• Скорость нарастания выходного напряжения

Правильный выбор этих параметров позволяет создать усилитель с оптимальными характеристиками для конкретного применения.

Типовые схемы включения ОУ для усиления переменного напряжения

Помимо базовых схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей, существуют и другие полезные конфигурации ОУ для работы с переменным напряжением:

Дифференциальный усилитель

Позволяет усиливать разность двух входных сигналов. Коэффициент усиления задается соотношением резисторов.

Интегратор

Выполняет математическую операцию интегрирования входного сигнала. Используется в аналоговых вычислителях.

Дифференциатор

Производит дифференцирование входного сигнала. Применяется для получения производной от входного напряжения.

Сумматор

Позволяет складывать несколько входных сигналов с разными весовыми коэффициентами.

Методы повышения стабильности усилителей на ОУ

Для улучшения характеристик усилителей переменного напряжения на ОУ применяются следующие методы:

• Использование прецизионных резисторов в цепях обратной связи
• Термостабилизация ОУ
• Применение корректирующих RC-цепей
• Использование ОУ с низким дрейфом нуля
• Экранирование чувствительных цепей

Эти меры позволяют создавать высокостабильные усилители для прецизионных измерений и обработки сигналов.

12.6 Усилители переменного напряжения

В усилителях переменного напряжения на ОУ возможно применение разделительных конденсаторов. В инвертирующем УНЧ на операционном усилителе (рис. 12.10, а) по постоянному току ОУ охвачен стопроцентной ООС и сдвиг выходного напряжения невелик: . Вследствие этого отпадает необходимость балансировки нуля и возможно подключение нагрузки без разделительного конденсатора. Коэффициент передачи УНЧ для идеального операционного усилителя

, где .

ЛАЧХ коэффициента усиления приведена на рис. 12.10, б. Пунктиром изображена ЛАЧХ ОУ. Полоса пропускания УНЧ на уровне 3 дБ идет от до.

В неинвертирующем УНЧ (рис. 12.11, а) наряду с разделительным конденсатором С2 включен конденсатор С1 для уменьшения сдвига и дрейфа нуля на выходе ОУ (в этом случае обратная связь на постоянном токе стопроцентная и значительно глубже, чем на переменном).

При R2=R3 сдвиг нуля определяется как

.

Коэффициент усиления по напряжению в рабочем диапазоне частот равен . Входное сопротивление.

Бόльшую величину входного сопротивления обеспечивает схема, представленная на рис. 12.11,

б. Резистор R3 по переменной составляющей включен между входами ОУ, напряжение между которыми близко к нулю. Поэтому входной ток почти не течет в R3. В этой схеме .

При измерении постоянных напряжений с помощью токового прибора (миллиамперметра) возникают погрешности за счет влияния измерительной цепи на измеряемую, изменения сопротивления медной рамки прибора при изменении температуры окружающей среды. В вольтметрах переменного напряжения к ним добавляются погрешности за счет падения напряжения на диодах выпрямителя.

Применение операционных усилителей (рис. 12.12) позволяет существенно уменьшить перечисленные погрешности и построить милли-вольтметры постоянного и переменного напряжения. Применение неинвертирующего включения ОУ обеспечивает большое входное сопротивление измерительной цепи. Поэтому при ее подключении величина

U_вх не изменяется. Так как разность потенциалов между входами ОУ практически равна нулю, ток через калибровочный резистор R определяется соотношением I = U_вх/R. Такой же ток течет через стрелочный прибор (миллиамперметр), подключенный в цепь ООС операционного усилителя. Величина этого тока не зависит от сопротивления рамки токового прибора и других сопротивлений, последовательно с ней включенных (в частности, диодов выпрямительной схемы). С помощью резистораR легко изменять шкалу прибора.

В схеме вольтметра переменного напряжения в момент перехода измеряемого напряжения через ноль цепь обратной связи ОУ разомкнута. Поэтому напряжение на выходе ОУ быстро достигает порога отпирания диодов. Следовательно, ошибка за счет напряжения отпирания диодов уменьшается в К раз.

Схема дифференциального усилителя с токовым выходом приведена на рис. 12.13. Наряду с ООС в ней используется ПОС с выхода ОУ на неинвертирующий вход.

Напряжение на выходе операционного усилителя

Подставив это выражение в уравнение тока нагрузки i_н = i₂+ i₁, получаем

т.е. ток i_н не зависит от сопротивления нагрузки и пропорционален разности входных напряжений. Устройство выполняет функцию стабилизатора тока.

Усилитель переменного напряжения на оу

Рассмотрим схему на рис. Это неинвертирующий усилитель. В приближении, которым мы воспользуемся, входной импеданс этого усилителя бесконечен для ОУ типа он составляет 10 12 Ом и больше, для ОУ на биполярных транзисторах обычно превышает 10 8 Ом. Выходной импеданс, как и в предыдущем случае, равен долям ома.

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:

• Операционный усилитель принцип работы для чайников
• Усилитель переменного тока
• Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
• Операционный усилитель
• Операционный усилитель для чайников.
• «Операционный» усилитель
• Операционный усилитель? Это очень просто!
• Primary Menu
• Операционный усилитель

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 3 2 1 Усилительные каскады на биполярных транзисторах

Операционный усилитель принцип работы для чайников

Напряжение смещения нуля равно нулю, и поэтому инвертирующий вход ОУ должен иметь тот же потенциал, что и неинвертирующий. Для расчета выходного напряжения V OUT и коэффициента усиления воспользуется правилом расчета делителя напряжения:. Важно отметить, что в выражении 2 присутствуют только номиналы пассивных элементов. В этом случае неинвертирующий усилитель превращается в буфер повторитель сигнала с единичным коэффициентом передачи, с бесконечным входным и нулевым выходным сопротивлениями.

Резистор R G в этом случае тоже может быть исключён из схемы. По этой причине во многих конструкциях буферов этот резистор присутствует. Его функция — защищать инвертирующий вход от бросков напряжения путём ограничения тока на безопасном уровне. Часто используемый номинал этого резистора 20 кОм. В схемах усилителей стоковой обратной связью резистор R F определяет стабильность и требуется всегда. Впрочем, не поленитесь и полистайте datasheet на операционник.

Если там описано включение как на рис. Операционные усилители часто используются для выполнения различных операций: суммирования сигналов, дифференцирования, интегрирования, инвертирования и т.

А также операционные усилители были разработаны как усовершенствованные балансные схемы усиления. Операционный усилитель — универсальный функциональный элемент, широко используемый в современных схемах формирования и преобразования информационных сигналов различного назначения как в аналоговой, так и в цифровой технике.

Давайте далее рассмотрим виды усилителей. Для того чтобы понять, как работает обратная связь, представим себе, что на вход подан некоторый уровень напряжения, скажем 1 В. Для конкретизации допустим, что резистор R1 имеет сопротивление 10 кОм, а резистор R2 — кОм. Теперь представим себе, что напряжение на выходе решило выйти из повиновения и стало равно 0 В. Что произойдет? Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, с помощью которого потенциал инвертирующего входа поддерживается равным 0,91 В.

Операционный усилитель фиксирует рассогласование по входам, и напряжение на его выходе начинает уменьшаться. Изменение продолжается до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет значения В, в этот момент потенциалы входов ОУ станут одинаковыми и равными потенциалу земли. Аналогично, если напряжение на выходе начнет уменьшаться и дальше и станет более отрицательным, чем В, то потенциал на инвертирующем входе станет ниже потенциала земли, в результате выходное напряжение начнет расти.

Недостаток этой схемы состоит в том, что она обладает малым входным импедансом, особенно для усилителей с большим коэффициентом усиления по напряжению при замкнутой цепи ОС , в которых резистор R1, как правило, бывает небольшим.

Этот недостаток устраняет схема, представленная ниже, на рис. Рассмотрим схему на рис. Это неинвертирующий усилитель. В приближении, которым мы воспользуемся, входной импеданс этого усилителя бесконечен для ОУ типа он составляет Ом и больше, для ОУ на биполярных транзисторах обычно превышает Ом.

Выходной импеданс, как и в предыдущем случае, равен долям ома. Если, как в случае с инвертирующим усилителем, мы внимательно рассмотрим поведение схемы при изменении напряжения на входах, то увидим, что она работает, как обещано. Схема выше также представляет собой усилитель постоянного тока. Если источник сигнала и усилитель связаны между собой по переменному току, то для входного тока очень небольшого по величине нужно предусмотреть заземление, как показано на рис.

Для представленных на схеме величин компонентов коэффициент усиления по напряжению равен 10, а точке -3 дБ соответствует частота 16 Гц. Усилитель переменного тока. Если усиливаются только сигналы переменного тока, то можно уменьшить коэффициент усиления для сигналов постоянного тока до единицы, особенно если усилитель обладает большим коэффициентом усиления по напряжению.

Для схемы, представленной на рис. Обратите внимание, что конденсатор должен быть большим. Если для построения усилителя переменного тока использовать неинвертирующий усилитель с большим усилением, то конденсатор может оказаться чрезмерно большим. В этом случае лучше обойтись без конденсатора и настроить напряжение сдвига так, чтобы оно было равно нулю.

Можно воспользоваться другим методом — увеличить сопротивления резисторов R1 и R2 и использовать T-образную схему делителя. Несмотря на высокий входной импеданс, к которому всегда стремятся разработчики, схеме неинвертирующего усилителя не всегда отдают предпочтение перед схемой инвертирующего усилителя. Как мы увидим в дальнейшем, инвертирующий усилитель не предъявляет столь высоких требований к ОУ и, следовательно, обладает несколько лучшими характеристиками.

Кроме того, благодаря мнимому заземлению удобно комбинировать сигналы без их взаимного влияния друг на друга. И наконец, если рассматриваемая схема подключена к выходу стабильному другого ОУ, то величина входного импеданса для вас безразлична — это может быть 10 кОм или бесконечность, так как в любом случае предыдущий каскад будет выполнять свои функции по отношению к последующему. Существуют специальные операционные усилители, предназначенные для использования только в качестве повторителей, они обладают улучшенными характеристиками в основном более высоким быстродействием , примером такого операционного усилителя является схема типа LM или OPA, а также схемы упрощенного типа, например схема типа TL она выпускается в транзисторном корпусе с тремя выводами.

Усилитель с единичным коэффициентом усиления называют иногда буфером, так как он обладает изолирующими свойствами большим входным импедансом и малым выходным. Правила справедливы для любого операционного усилителя при условии, что он находится в активном режиме, то есть его входы и выходы не перегружены. Например, если подать на вход усилителя чересчур большой сигнал, то это приведет к тому, что выходной сигнал будет срезаться вблизи уровня UКК или UЭЭ.

В то время когда напряжение на выходе оказывается фиксированным на уровне напряжения среза, напряжение на входах не может не изменяться. Размах напряжения на выходе операционного усилителя не может быть больше диапазона напряжения питания обычно размах меньше диапазона питания на 2 В, хотя в некоторых ОУ размах выходного напряжения ограничен одним или другим напряжением питания. Аналогичное ограничение накладывается на выходной диапазон устойчивости источника тока на основе операционного усилителя.

Обратная связь должна быть отрицательной. Это означает помимо всего прочего , что нельзя путать инвертирующий и неинвертирующий входы. В схеме операционного усилителя обязательно должна быть предусмотрена цепь обратной связи по постоянному току, в противном случае операционный усилитель обязательно попадет в режим насыщения.

Многие операционные усилители имеют довольно малое предельно допустимое дифференциальное входное напряжение. Максимальная разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами может быть ограничена величиной 5 В для любой полярности напряжения.

Если пренебречь этим условием, то возникнут большие входные токи, которые приведут к ухудшению характеристик или даже к разрушению операционного усилителя.

В системах управления обратная связь используется для сравнения выходного сигнала с заданным значением и выполнения соответствующей коррекции. В усилительной схеме выходной сигнал должен быть кратен входному, поэтому в усилителе с обратной связью входной сигнал сравнивается с определенной частью выходного сигнала.

Отрицательная обратная связь — это процесс передачи выходного сигнала обратно на вход, при котором погашается часть входного сигнала. Может показаться, что это глупая затея, которая приведет лишь к уменьшению коэффициента усиления. Именно такой отзыв получил Гарольд С. Блэк, который в г. Действительно, отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления, но при этом она улучшает другие параметры схемы, например устраняет искажения и нелинейность, сглаживает частотную характеристику приводит ее в соответствие с нужной характеристикой , делает поведение схемы предсказуемым.

Чем глубже отрицательная обратная связь, тем меньше внешние характеристики усилителя зависят от характеристик усилителя с разомкнутой обратной связью без ОС , и в конечном счете оказывается, что они зависят только от свойств самой схемы ОС. Операционные усилители обычно используют в режиме глубокой обратной связи, а коэффициент усиления по напряжению в разомкнутой петле ОС без ОС достигает в этих схемах миллиона. Цепь ОС может быть частотно-зависимой, тогда коэффициент усиления будет определенным образом зависеть от частоты примером может служить предусилитель звуковых частот в проигрывателе со стандартом RIAA ; если же цепь ОС является амплитудно-зависимой, то усилитель обладает нелинейной характеристикой распространенным примером такой схемы служит логарифмический усилитель, в котором в цепи ОС используется логарифмическая зависимость напряжения UБЭ от тока IК в диоде или транзисторе.

Обратную связь можно использовать для формирования источника тока выходной импеданс близок к бесконечности или источника напряжения выходной импеданс близок к нулю , с ее помощью можно получить очень большое или очень малое входное сопротивление. Вообще говоря, тот параметр, по которому вводится обратная связь, с ее помощью улучшается. Например, если для обратной связи использовать сигнал, пропорциональный выходному току, то получим хороший источник тока.

Обратная связь может быть и положительной; ее используют, например в генераторах. Как ни странно, она не столь полезна, как отрицательная ОС. Скорее она связана с неприятностями, так как в схеме с отрицательной ОС на высокой частоте могут возникать достаточно большие сдвиги по фазе, приводящие к возникновению положительной ОС и нежелательным автоколебаниям. Для того чтобы эти явления возникли, не нужно прикладывать большие усилия, а вот для предотвращения нежелательных автоколебаний прибегают к методам коррекции.

В большинстве случаев, рассматривая схемы с обратной связью, мы будем иметь дело с операционными усилителями. Операционный усилитель ОУ — это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления и несимметричным входом.

На схемах часто не показывают подключение источников питания к ОУ и вывод, предназначенный для заземления. Операционные усилители обладают колоссальным коэффициентом усиления по напряжению и никогда за редким исключением не используются без обратной связи.

Можно сказать, что операционные усилители созданы для работы с обратной связью. Коэффициент усиления схемы без обратной связи так велик, что при наличии замкнутой петли ОС характеристики усилителя зависят только от схемы обратной связи.

Конечно, при более подробном изучении должно оказаться, что такое обобщенное заключение справедливо не всегда. Начнем мы с того, что просто рассмотрим, как работает операционный усилитель, а затем по мере необходимости будем изучать его более тщательно.

Промышленность выпускает буквально сотни типов операционных усилителей, которые обладают различными преимуществами друг перед другом. Как и все операционные усилители, она представляет собой крошечный элемент, размещенный в миниатюрном корпусе с двухрядным расположением выводов мини-DIP. Рекомендуем вам схему LF в качестве хорошей начальной ступени в разработке электронных схем.

Схема типа — это кристалл кремния, содержащий 24 транзистора 21 биполярный транзистор, 3 полевых транзистора, 11 резисторов и 1 конденсатор. На рис. Точка на крышке корпуса и выемка на его торце служат для обозначения точки отсчета при нумерации выводов. В большинстве корпусов электронных схем нумерация выводов осуществляется в направлении против часовой стрелки со стороны крышки корпуса.

Сейчас мы познакомимся с важнейшими правилами, которые определяют поведение операционного усилителя, охваченного петлей обратной связи. Они справедливы почти для всех случаев жизни. Во-первых, операционный усилитель обладает таким большим коэффициентом усиления по напряжению, что изменение напряжения между входами на несколько долей милливольта вызывает изменение выходного напряжения в пределах его полного диапазона, поэтому не будем рассматривать это небольшое напряжение, а сформулируем правило I:.

Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы разность напряжений между его входами была равна нулю. Во-вторых, операционный усилитель потребляет очень небольшой входной ток ОУ типа LF потребляет 0,2 нА; ОУ со входами на полевых транзисторах — порядка пикоампер ; не вдаваясь в более глубокие подробности, сформулируем правило II:.

Здесь необходимо дать пояснение: правило I не означает, что операционный усилитель действительно изменяет напряжение на своих входах. Это невозможно. Это было бы не совместимо с правилом II. В статье будет рассмотрена стандартная на операционном усилителе, а также приведены примеры различных режимов работы этого прибора. На сегодняшний день ни одно устройство управления не обходится без усилителей.

Усилитель переменного тока

Понятие «обратная связь» ОС относится к числу распространенных, оно давно вышло за рамки узкой области техники и употребляется сейчас в широком смысле. В системах управления обратная связь используется для сравнения выходного сигнала с заданным значением и выполнения соответствующей коррекции. В качестве «системы» может выступать что угодно, например процесс управления движущимся по дороге автомобилем — за выходными данными положением машиты и ее скоростью следит водитель, который сравнивает их с ожидаемыми значениями и соответственно корректирует входные данные с помощью руля, переключателя скоростей, тормоза. В усилительной схеме выходной сигнал должен быть кратен входному, поэтому в усилителе с обратной связью входной сигнал сравнивается с определенной частью выходного сигнала.

В частности по работе операционных усилителей. А как только напряжение станет ниже , то выход ОУ резко перебросится в +15 и на . GIF), но добавить конденсатор с намёком что по переменному току.

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей показаны на рисунках. В обеих схемах операционный усилитель ОУ охвачен отрицательной обратной связью ООС по напряжению, то есть на инвертирующий вход ОУ подается часть выходного напряжения. В случае инвертирующего усилителя входной сигнал и сигнал ООС суммируется с помощью резисторов R1 и R2. Такая обратная связь называется параллельной. Обратная связь используемая в неинвертирующем усилителе, носит название последовательной, здесь дифференциальное входное напряжение ОУ образуется непосредственно как разность входного напряжения и напряжения обратной связи. Коэффициент обратной связи для обеих схем определяется следующим выражением:. Коэффициент усиления для инвертирующего усилителя определяется из следующей формулы:. Для неинвертирующего усилителя коэффициент усиления равен:. На третьем рисунке показана схема повторителя напряжения, то есть у него коэффициент обратной связи и коэффициент усиления равен 1.

Операционный усилитель

Поваренная книга — сборник рецептов, а данный цикл статей — сборник стандартных схем с операционными усилителями. Каждой схеме посвящена отдельная статья, содержащая пример типового расчета с указанием формул и последовательности действий. Расчеты выполнены для конкретных усилителей из производственной линейки TI. Разработчик может использовать и другие изделия, широкий выбор которых представлен на страницах каталога компании КОМПЭЛ. От читателя требуется понимание базовых принципов работы операционных усилителей.

Задолго для появления цифровых электронных технологий были созданы компьютеры с электронным выполнением вычислений, использующие напряжения и токи для представления числовых величин.

Операционный усилитель для чайников.

Операционный усилитель — это усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, который может быть очень большим, вплоть до миллионов. Часто встречается коэффициент усиления в Операционные усилители способны усиливать сигналы переменного тока, также как сигналы постоянного тока, они чаще используются в измерительном оборудовании для усиления сигналов постоянного тока. Например, устройство для извлечение квадратного корня является контрольно-измерительным устройством, в котором используется операционный усилитель для определения квадратного корня сигналов для обеспечения контроля изменения величины потока жидкой или газообразной среды. Операционные усилители не обладают бесконечными входными сопротивлениями и нулевыми выходными сопротивлениями.

«Операционный» усилитель

Операционный усилитель как линейное устройство, обеспечивающее минимальные искажения входного сигнала, редко используется без обратной связи. Это объясняется тем, что из-за очень большого значения коэффициента усиления ОУ без обратной связи даже при сравнительно малом входном дифференциальном напряжении выходное напряжение может достигать предельных значений , ограничиваясь и искажаясь. При использовании же отрицательной обратной связи можно подобрать необходимое значение коэффициента усиления ОУ и обеспечить его стабильность в заданных пределах. Инвертирующий усилитель, схема которого приведена на рис. Выходной сигнал усилителя имеет фазу, противоположную фазе входного. Усилитель охвачен параллельной отрицательной связью по напряжению см.

Операционный усилитель – наиболее распространенный вид изменения полярности постоянного или фазы переменного напряжения, а напряжения ОУ отсчитываются от общей точки источников питания.

Операционный усилитель? Это очень просто!

Напряжение смещения нуля равно нулю, и поэтому инвертирующий вход ОУ должен иметь тот же потенциал, что и неинвертирующий. Для расчета выходного напряжения V OUT и коэффициента усиления воспользуется правилом расчета делителя напряжения:. Важно отметить, что в выражении 2 присутствуют только номиналы пассивных элементов. В этом случае неинвертирующий усилитель превращается в буфер повторитель сигнала с единичным коэффициентом передачи, с бесконечным входным и нулевым выходным сопротивлениями.

Primary Menu

Дорога в десять тысяч ли начинается с первого шага. Дело было вечером, делать было нечего… И так вдруг захотелось спаять что-нибудь. Этакое… Электронное!.. Спаять — так спаять. Компьютер имеется, Интернет подключен. Выбираем схему.

Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных усилителей на дискретных элементах. Связь усилителя с источником входных сигналов и нагрузкой, а также между отдельными каскадами в многокаскадных усилителях переменного напряжения в большинстве случаев осуществляется через разделительные RС-цепи и реже с помощью трансформаторов.

Операционный усилитель

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация. Kuphaldt, Design Science License.

При подаче на ОУ сигнала через емкость необходимо предусмотреть цепь смещения. При однополярном питании ОУ необходимо предусмотреть смещение с помощью делителя, исходя из условия симметричности входного сигнала. В ряде случаев в сигнале имеется постоянная составляющая, усиливать которую вместе с сигналом нежелательно. Например, такая постоянная составляющая возникает при задании смещения в неинвертирующем ОУ с однополярным питанием.

Операционные усилители Усилители напряжения

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Сравните идеальные и практичные операционные усилители.
• Понимание работы операционных усилителей
•   • Использование отрицательной обратной связи.
•   • Действующее правило для операционных усилителей.
•   • Правило напряжения для операционных усилителей.
•   • Инвертирующий усилитель напряжения.
•   • Неинвертирующий усилитель напряжения.

Рис. 6.7.1 Идеальный операционный усилитель

Идеальный операционный усилитель

Хотя в действительности идеального операционного усилителя не существует, реальный (практичный) операционный усилитель достаточно близок к идеалу. Идеальный усилитель должен, в дополнение к другим желательным параметрам, иметь как минимум бесконечно высокое входное сопротивление, выходное сопротивление равное нулю Ом, бесконечно высокий коэффициент усиления и бесконечно широкую полосу пропускания. В таблице 1 сравниваются некоторые важные параметры, такие как входное сопротивление (Z _IN ), входной ток смещения (I _IN ), большой коэффициент усиления по напряжению сигнала (A _V ) и выходное сопротивление (Z _OUT ) некоторых типичных реальных (практических) операционных усилителей с «идеальными» рабочими характеристиками. модель усилителя:

Таблица 1: Идеальный усилитель против практичного операционного усилителя
	З В	И В	А В	З ВЫХОД
Идеальный операционный усилитель	Бесконечность.	Ноль.	Бесконечность	0 Ом
741	2 МОм	80 нА	от 316 до 200 000 (от 50 дБ до 106 дБ)	Зависит от усиления и обратной связи, но обычно от менее 100 Ом до более 1 кОм
TLC271	1ТОм	60 пА	от 5 000 до 46 000 (от 74 дБ до 93 дБ) мин.
LMC660	>1 ТОм	0,002 пА	от 40 000 до 990 000 (от 92 дБ до 126 дБ)

Отрицательная обратная связь

Существует два основных метода подключения усилителей напряжения на операционных усилителях, которые превращают операционный усилитель в инвертирующий или неинвертирующий усилитель напряжения. В каждом случае усиление по напряжению усилителя задается просто соотношением двух резисторов. Использование усилителя с очень высоким коэффициентом усиления и применение отрицательной обратной связи позволяет получить очень стабильный усилитель с коэффициентом усиления, практически не зависящим от изменений температуры или изменений характеристик полупроводников. Как и в усилителях на дискретных компонентах, описанных в Модуле усилителей 3, отрицательная обратная связь также уменьшает искажения и шум в дополнение к увеличению полосы пропускания усилителя.

Правила для операционных усилителей

Идеальные операционные усилители при использовании с обратной связью работают так, как можно предсказать с помощью нескольких основных правил, часто называемых «золотыми правилами».

Правило 1. Правило напряжения.

Выходной сигнал операционного усилителя будет изменяться по мере необходимости, чтобы два входных напряжения оставались одинаковыми. Если какой-либо входной сигнал или напряжение пытается изменить входные потенциалы, выходной сигнал операционного усилителя изменит полярность, противоположную входной, и через петлю обратной связи удержит разницу между двумя входами на уровне 0 В.

Правило 2. Текущее правило.

Поскольку входное сопротивление бесконечно велико, ток не может течь ни на один из входов.

Эти правила, используемые в отношении идеального операционного усилителя, могут быть использованы для облегчения понимания работы двух основных схем усилителя напряжения. На небольшие различия между идеальными и практическими операционными усилителями можно временно не обращать внимания.

Рис.6.7.3 Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель

На рис. 6.7.3 показан инвертирующий усилитель, в этой конфигурации входной сигнал подается на инвертирующий (-) вход для получения противофазного выходного сигнала. амплитуда которого V _в x A _vcl , где A _vcl — коэффициент усиления операционного усилителя с обратной связью.

Отрицательная обратная связь используется для снижения очень высокого максимального коэффициента усиления операционного усилителя до требуемого уровня. Коэффициент усиления замкнутого контура (A _vcl ) устанавливается просто отношением R _f к R _в

.

Как работает инвертирующий усилитель

. Применяя два правила к идеальному операционному усилителю, показанному на рис. 6.7. .3a можно предположить, что:

Контакт 3 находится под напряжением 0 В, так как он соединен с землей через R3, на котором не будет возникать напряжения, поскольку на контакт 3 не поступает ток (правило 2), поэтому контакт 2 также будет быть на уровне 0 В (Правило 1).

Следовательно, R _в и R _f эффективно соединены последовательно между V _в и V _{на выходе} , при этом контакт 2 между двумя резисторами удерживается на уровне 0 В.

Ток не может протекать через контакт 2 (Правило 2), поэтому ток, протекающий через V _в , не может протекать в операционный усилитель, поэтому он должен проходить через R _f к выходу.

Диаграмма на рис. 6.7.3b показывает, что фактически R _в и R _f представляют собой два резистора, соединенных последовательно между V _на и V _на с выводом 2 на 0 В.

Хотя контакт 2 на самом деле не соединен с землей, на нем должно быть то же напряжение, что и на контакте 3 (правило 1), т.е. 0 В (из-за правила 2). Этот важный эффект создания некоторого места в цепи, которое фактически не подключено к земле, но поддерживает потенциал 0 В, называется «виртуальной землей» (или виртуальной землей).

Таким образом, любой входной ток (I _в ) поступает непосредственно от входа через R _в и R _f к выходу, при этом R _в и R _f образуют делитель потенциала между напряжениями противоположной полярности V _в и V _{на выходе} с контактом 2 в 0 В.

Ток через цепь последовательного резистора одинаков для каждого резистора, поэтому входное напряжение V _в будет пропорционально сопротивлению R _в , а напряжение на R _f будет пропорционально сопротивлению R _f

Обратите внимание, что поскольку R _f эффективно подключен между выходной клеммой и виртуальной землей (0 В), напряжение на R _f также равно V _out . Это делает R _f / R _в равным V _из / V _в (коэффициент усиления усилителя), и, следовательно, коэффициент усиления замкнутого контура инвертирующего усилителя напряжения на операционном усилителе (A _vcl ) равен по уравнению:

Обратите внимание, что формула говорит только о соотношении резисторов, а не об их фактических значениях. К счастью, в аудиоусилителях значения не слишком критичны, обычно допустимо поддерживать значения резисторов в диапазоне от 10 до 100 кОм. Тем не менее, стоит попытаться сохранить R 9.0025 в как можно более высокое сопротивление, а также в практическом усилителе, вместо прямого заземления неинвертирующего входа он должен быть заземлен резистором с тем же значением, что и R _в , чтобы сохранить (крошечные) входные токи равный. Это дает больше шансов, что выходное напряжение равно нулю вольт (или близко к нему), когда вход равен нулю вольт.

Неинвертирующий усилитель

Рис.

6.7.4 Неинвертирующий усилитель

В неинвертирующем усилителе, показанном на рис. 6.7.4a, вход подается на неинвертирующий вход (контакт 3), в то время как резистор отрицательной обратной связи (R _f ) вместе с R1 задают коэффициент усиления замкнутого контура усилителя.

Теперь входные и выходные сигналы совпадают по фазе, что меняет работу схемы. Как показано на рис. 6.7.4b, схема не имеет точки виртуальной земли, но нижний конец резистора R1 соединен с землей, что означает, что контакт 2 будет следовать за изменяющимся входным напряжением V _в на контакте 3 (правило 1).

R _f и R1 теперь образуют делитель потенциала между V _из и 0V. Как и в инвертирующем усилителе, ток не будет течь через контакт 2 (правило 2), поэтому напряжения на резисторах R1 и R _f будут пропорциональны их индивидуальным сопротивлениям. Отношение этих сопротивлений и, следовательно, отношение V _к к V _к , т. е. коэффициент усиления замкнутого контура определяется стандартной формулой делителя потенциала (R _f + R1) / R1.

К началу страницы

 

Операционный усилитель — расчет коэффициента усиления на операционном усилителе с переменным напряжением

\$\начало группы\$

Я пытаюсь понять, как рассчитать усиление, когда на вход подается переменное напряжение. Я знаком с расчетами идеальных операционных усилителей, вычисляя, что напряжение будет одинаковым на обоих входах! терминалы. Но как это меняется, когда напряжение переменного тока?!

• операционный усилитель
• переменный ток

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Простая процедура при расчете коэффициента усиления по переменному и постоянному току состоит в том, чтобы учесть все конденсаторы, открытые для корпуса постоянного тока и закороченные для корпуса переменного тока.