Osnovy_skhemotekhniki_posobie

U

1

t

2

t

3

t

4

t

Рис.13.8. Временные диаграммы: 1 – сигнал на входе усилителя типа МДМ; 2 – импульсы на выходе генератора тактовых импульсов; 3 – сигнал на выходе широкополосного усилителя; 4 – сигнал на выходе ФНЧ. Огибающая сигнала на диаграмме 3 совпадает по форме со входным сигналом усилителя (диаграмма 1).

Дрейф нуля в рассматриваемой схеме, может возникнуть только из-за неидеальной работы ключей в модуляторе и демодуляторе: в широкополосном усилителе дрейф нуля отсутствует. Для устранения этого недостатка следует использовать ключи с малыми временами переключения. Например,

оптоэлектронные ключи.

Усилитель типа МДМ имеет узкую полосу пропускания. Поэтому, УПТ типа МДМ следует только для усиления сигналов постоянного тока, а для усиления переменных сигналов следует использовать широкополосный усилитель рис.13.9.

151

Напряжение дрейфа на выходе схемы появляется в том случае, если во время рабочего такта напряжение дрейфа изменилось. Основным недостатком схемы является наличие такта коррекции: в течении такта коррекции на выходе усилителя сигнал отсутствует.

Контрольные вопросы

59)Какие усилители называются усилителями постоянного тока (УПТ)? а) усилители, способные усиливать сигнал на нулевой частоте

б) усилители, способные усиливать сигнал постоянного и переменного тока в) усилители, у которых отсутствует разделительная емкость.

60)Какими параметрами описывается работа УПТ?

а) только коэффициентом усиления по напряжению, АЧХ, ФЧХ б) только напряжением сдвига

в) напряжением дрейфа нуля, коэффициентом усиления по напряжению, АЧХ, ФЧХ.

61)Для чего в цепи эмиттерной цепи УПТ с гальванической связью между каскадами включают стабилитрон?

а) для стабилизации напряжения в цепи эмиттера б) для стабилизации выходного напряжения в) для обеспечения работы последующего каскада

62)Каково назначение генератора стабильного тока (ГСТ) в цепи эмиттера дифференциального УПТ?

а) обеспечение стабильного тока в цепи эмиттера б) обеспечение стабильного тока в нагрузке

в) обеспечение требуемого режима работы активного элемента

63)За счет чего уменьшается напряжение дрейфа в УПТ типа модулятор-демодулятор? а) за счет использования разделительной емкости

б) за счет усиления сигнала переменного тока, промодулированного сигналом постоянного тока

в) за счет использования модулятора и демодулятора в схеме.

14. Операционные усилители и их применение

Операционным усилителем (ОУ) принято называть интегральный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и двухтактным выходом, предназначенный для работы с цепями обратных связей (рис.14.1).

Свойства идеального ОУ:

Бесконечно большой коэффициент усиления по напряжению (KОУ ). Для реальных ОУ коэффициент усиления по напряжению KОУ составляет ~ 107.

Бесконечно большое входное сопротивление (Zвх ). Для реальных ОУ

Zвх 100 ГОм.

Нулевое выходное сопротивление (Zвых 0). Для реальных ОУ Zвых 100 Ом.

153

Равенство нулю выходного напряжения (Uвых=0) при равных напряжениях на входах (U1 U2).

Отсутствие задержки при прохождении сигнала через усилитель

Рис.14.1. Упрощенная электрическая схема простого ОУ

14.1. Основные схемы включения операционных усилителей

Инвертирующее включение ОУ (рис.14.2).

Рис. 14.2 Схема инвертирующего включения ОУ

Как следует из названия схемы, входной и выходной сигналы сдвинуты друг относительно друга на 1800. При анализе работы схемы будем полагать,

что ОУ является идеальным. Поскольку коэффициент усиления ОУ стремиться к бесконечности, то:

Потенциал в точке а равен нулю, а, следовательно, и потенциал в точке b

тоже должен быть равен нулю, поскольку Ua Uб (14.1). Считая, что

IR1 IRос, а Rвх имеем:

154

Пренебрегая входными токами ОУ, имеем:

Минус перед правой частью равенства (14.3) означает, что вход инвертирован. Как видно из (14.3), коэффициент усиления схемы для идеального ОУ не зависит от собственного коэффициента усиления микросхемы ОУ (Kоу), который является нестабильным. Выбирая сопротивления Rос и R1 (или отношение этих сопротивлений RосR1)

высокостабильными, можно обеспечить высокостабильный коэффициент усиления схемы.

Входное сопротивление схемы определяется сопротивлением R1

(рис.14.2).

Выходное сопротивление:

В схеме инвертирующего включения выходное сопротивление составляет доли Ом. При увеличении глубины ООС выходное сопротивление уменьшается. Рассматриваемую схему (рис.14.2) нельзя нагружать на низкоомную нагрузку: поскольку выходной ток неограниченно возрастает ОУ выйдет из строя. Минимальная величина нагрузки, на которую допустимо нагружать такую схему составляет 1,2кОм и является справочным параметром.

Для уменьшения влияния напряжения дрейфа используют схемы установки нулевого уровня (рис.14.3).

155

R1

b -

Uвх a +

R3

Рис.14.5. Повторитель напряжения на ОУ

Дифференциальное включение ОУ.

Схема дифференциального включения ОУ приведена на рис.14.6.

Rос

R1

Uс1

R3

Рис.14.6. Дифференциальное включение ОУ

Для дифференциального усилителя принципиальным условием работы схемы является идентичность обоих каналов усиления. Чтобы обеспечить равенство коэффициентов усиления обоих каналов схемы необходимо выполнение условия:

В этом случае для инвертирующего входа входное сопротивление равно

R1, для не инвертирующего входа – R2 R3. Для устранения этого недостатка сигнал на входы подают через повторители напряжения.

157

Сумматоры на ОУ.

Рис.14.7. Схема инвертирующего сумматора на ОУ

При анализе работы схемы будем пренебрегать входными токами ОУ.

Таким образом, выходное напряжение будет пропорционально сумме входных напряжений. Чтобы веса в этой сумме были одинаковы для всех входных сигналов следует выбирать равными сопротивления Ri . В некоторых схемах специально выбирают веса разными с тем, чтобы определить важность поступающей информации по какому-либо каналу.

158

Для того чтобы получить положительный коэффициент используют

неинвертирующий сумматор:

Рис.14.8. Принципиальная схема неинвертирующего сумматора на ОУ

Следует отметить, что в такой схеме развязка между входами хуже, чем в предыдущей схеме. Для увеличения развязки необходимо увеличивать сопротивление R0 , чтобы уменьшить токи Ii.

Для получения коэффициента суммирования как со знаком «+», так и со знаком «–» обе схемы сумматоров объединяют:

Рис.14.9. Принципиальная схема полного сумматора на ОУ

159

Дифференциаторы на ОУ

Рис.14.10. Принципиальная схема идеального дифференциатора на ОУ

Если предположить, что ОУ является идеальным, то IR ic. Поскольку:

Приведенная на рис.14.10 схема будет работать не во всем частотном диапазоне: при увеличении частоты сопротивление емкости C стремиться к нулю, а, следовательно, коэффициент усиления бесконечно возрастает. Для того чтобы схема работала устойчиво необходимо снизить коэффициент усиления за пределами рабочей полосы частот.

Рис.14.11. Принципиальная схема реального дифференциатора на ОУ

160