1. Измерительные усилители

Операционными усилителями (ОУ) называют высококачественные УПТ с высоким коэффициентом усиления, дифференциальным входом и малыми значениями напряжения смещения нуля и входных токов, предназначенные для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью.

в

Рис.1.1. Условное обозначение ОУ: а - упрощенное; б - обозначение на принципиальных схемах; в – входные и выходное напряжения относительно общей шины.

Классификация оу:

1) по роду усиливаемых сигналов:

А)усил. Гармонических сигн.

Б) усил. Импульсных сигн.

2) по характеру изменения сигналов во времени:

А) Усилители постоянного тока

Б) Усил. Перем. тока: НЧ, ВЧ, широкополостные и избирательные

3) В зав-ти от характера нагрузки: усилители напряжения, тока, мощности.

Напряжение смещения (U_см) - это потенциал на выходе усилителя, поделенный на коэффициент усиления усилителя при нулевом входном сигнале, который. Данный параметр показывает, какой источник напряжения необходимо подключить к входу ОУ для того, чтобы на выходе получить нулевое значение (U_вых=0).

Напряжение смещения является аддитивной погрешностью выполнения математических операций ОУ над входными сигналами. Смещение нуля может иметь существенные температурные и временные дрейфы.

Входные токи (I_вх) – токи, протекающие во входных цепях ОУ, обусловлены необходимостью обеспечить нормальный режим работы входного дифференциального каскада.

Разность входных токов (∆I_вх) – разность значений токов, протекающих через входы дифференциального ОУ, при заданном значении входного напряжения:

,

может иметь любой знак.

Входная емкость (С_вх)– емкость между входами ОУ.

Входное сопротивление в зависимости от характера подаваемого сигнала делят на дифференциальное (для диф-ференциальных сигналов) и синфазное (сопротивление общего вида).

Входное сопротивление для дифференциального сигнала (R_вх диф) - это входное сопротивление со стороны любого входа, в то время как другой вход соединен с общим выводом (значение лежит от десятков кОм ÷ сотен МОм.)

Входное сопротивление для синфазного сигнала (R_вх сф) - характеризует изменение среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. (Оно на несколько порядков выше, чем для дифференциального сигнала).

На зарубежные ОУ нормируется значение входного импеданса (Input Impedance) Z_вх, что эквивалентно параллельному соединению R_вх и C_вх. С увеличением частоты Z_вх значение уменьшается.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_ос.сф или в зарубежной литературе К_ООС - важный параметр ОУ, характеризующий его точность при дифференциальном включении:

,

это отношение напряжения синфазного сигнала, поданного на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, которое обеспечивает на выходе тот же сигнал, что и в случае синфазного напряжения.

Диапазон синфазных входных напряжений - характеризует зону, в пределах которой возможны изменения синфазного входного напряжения без нарушения работоспособности ОУ.

Температурные дрейфы напряжения смещения и входных токов характеризуют изменения соответствующих параметров с температурой и обычно оцениваются в мкВ/град и нА/град. Эти параметры важны для прецизионных устройств, так как их в отличие от U_см и I_вх, эффективно скомпенсировать сложно. Температурные дрейфы являются основной причиной появления температурных погрешностей устройств с ОУ.

Напряжение шумов, приведенное ко входу – это действующее значение напряжения на выходе усилителя при нулевом входном сигнале и нулевом сопротивлении источника сигнала, подключенного ко входу, поделенному на коэффициент усиления ОУ К_u. Размерность их .

Выходное сопротивление (R_вых) – величина, равная отношению приращения выходного напряжения ОУ к вызвавшему его приращению выходного тока. Этот параметр нормируется достаточно редко, и ориентировочное его значение составляет десятки-сотни Ом. Необходимо учитывать, что выходное сопротивление оценивается для каждой схемы по соответствующей формуле и всегда во много раз меньше чем R_вых ОУ на базе, которого она построена.

Максимальные выходные напряжение (U_вых max) – предельное значение выходного напряжения ОУ при оговоренном сопротивлении нагрузки и напряжении входного сигнала.

Предельный выходной ток (I_вых max) – максимальное значение выходного тока при оговоренном выходном напряжении, не вызывающем необратимых изменений в ОУ.

Выходная мощность характеризуется номинальной выходной мощностью. Под ней понимают мощность на выходе усилителя при работе на расчётную нагрузку и заданном коэффициенте гармоник или нелинейных искажений.

К оэффициент полезного действия (КПД) представляет собой отношение выходной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от источника питания:

коэффициент усиления называют отношение выходного сигнала к входному сигналу. В зависимости от характера входных и выходных величин подразделяют:

-  на коэффициенты усиления по напряжению

-  коэффициент по току

- коэффициент усиления по мощности .

В этом случае коэффициенты усиления выражаются в безразмерных величинах, т.е. в (…раз).

Так же коэффициенты усиления могут быть выражены в логарифмических единицах - децибелах (дБ):

- коэффициент усиления по напряжению ;

- коэффициент усиления по току ;

- коэффициент усиления по мощности .

Частота единичного усиления ƒ₁ - это частота, на которой модуль коэффициента ОУ равен единице (0 дБ). Иногда оговаривают граничную частоту ОУ, при которой сохраняется гарантированная амплитуда выходного напряжения.

Скорость нарастания выходного напряжения ( ) - это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды.

Ток (I_упр) (напряжение управления (U_упр)) – ток, протекающий по (напряжение, приложенное к) выводу управления и определяющий ряд основных параметров ОУ, таких как ток потребления, коэффициент усиления, частота единичного усиления, скорость нарастания, входной ток, минимальное сопротивление нагрузки и т.д.