- •Им. Адмирала ф.Ф. Ушакова в.В.Пятницкий. В.М.Комиссаров схемотехника усилительных устройств
- •Часть 1
- •Сборник опорных конспектов лекций по разделу №1 дисциплины «основы схемотехники»
- •Лекция №1 общие сведения об усилителях электрических сигналов
- •Предмет, цели и задачи дисциплины «Основы схемотехники». Ее роль и место в системе подготовки офицера-специалиста вмф
- •Раздел 1. Схемотехника усилительных устройств.
- •Раздел 2. Схемотехника устройств, используемых в средствах связи.
- •Вопрос №2 Типы усилителей электрических сигналов и их классификация
- •Вопрос №3 Блок-схемы усилителей
- •Заключение
- •Лекция № 2 основные характеристики и параметры усилителей электрических сигналов
- •Основные характеристики усилителей электрических сигналов
- •Вопрос №2 Искажения сигналов в усилителях электрических сигналов
- •Заключение
- •Лекция №3 Резистивно-емкостной усилитель
- •Вопрос №1
- •Принцип построения усилителя. Состав и назначение элементов схемы
- •Вопрос №2 Температурная стабилизация исходного режима работы усилителя
- •Коллекторная стабилизация
- •Вопрос №1 Эквивалентная схема резистивно-емкостного усилителя (реу)
- •В схеме 4.2 обозначено:
- •На нижних частотах на нижних и средних частотах
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры реу в режиме усиления малого сигнала. Линейный режим усиления
- •Заключение
- •Лекция №5 обратная связь в усилителях
- •Вопрос №1 Виды обратной связи в усилителях
- •Uвх uвых Вход Выход
- •Вопрос №2 Влияние отрицательной обратной связи на свойства усилителей
- •Входное сопротивление
- •Частотные и фазовые искажения сигнала
- •Заключение
- •Лекция №6 резонансные усилители
- •Вопрос №1 Принципиальная схема резонансного усилителя (ру). Состав и назначение элементов схемы
- •Тогда избирательность δ будет . (6.11)
- •Это объясняется тем, что в формуле (6.8) пропадает последний множитель , так как при выводе этих формул следует брать не отношение напряжений, а отношение токов.
- •Вопрос №2 Линейный и нелинейный режим работы ру
- •Режим класса а
- •Заключение
- •Лекция №7 эквивалентная схема резонансного усилителя
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Характеристики и параметры ру
- •Заключение
- •Лекция №8 усилители постоянного тока и дифференциальный усилительный каскад
- •Вопрос №1 Общие сведения об упт. Однотактные (прямого усиления) упт
- •Вопрос №2 Балансный (дифференциальный) усилительный каскад
- •Вопрос №3 Дифференциальный усилительный каскад (дук) с генератором стабильного тока (гст)
- •Вопрос №1 Синфазные и дифференциальные сигналы, проходящие через дук
- •При прохождении дифференциального сигнала (дс) токи каждого из транзисторов получат одинаковые по абсолютной величине, но разные по знаку, приращения
- •Вопрос №2 Основные характеристики дук
- •Вопрос №3 Функциональные возможности дук
- •Дук на транзисторах с супербетой
- •Заключение
- •Лекция №10 аналоговые преобразователи электрических сигналов на базе операционных усилителей с линейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Общие сведения об оу
- •Вопрос №2 Основные способы включения оу в схемы с оос. Масштабные усилители на оу
- •Вопрос №3 Интегрирующие и дифференцирующие усилители Интегрирующие усилители
- •Лекция №11 операционные усилители с нелинейными элементами в цепях ос
- •Вопрос №1 Логарифмические усилители
- •Вопрос №2 Умножители и делители аналоговых сигналов. Компараторы
- •М етод логарифмирования сигналов
- •Компараторы
- •Заключение
- •Лекция №12 активные резистивно-емкостные фильтры (аrc-фильтры)
- •Вопрос №1 Особенности избирательных усилителей и их характеристики
- •Вопрос №2 Реализация аrс-фильтров на усилителях с пос
- •Вопрос №3 Реализация аrс-фильтров на усилителях с оос
- •Заключение
- •Лекция №13
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Схемы реализации rc-генераторов
- •Заключение
- •Лекция №14 схемотехника аналого-цифровых устройств
- •Вопрос №1 Аналого-цифровые устройства
- •Квантование сигналов
- •Кодирование дискретной величины
- •Вопрос №2 Цифроаналоговые устройства
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Список сокращений
Вопрос №1 Общие сведения об оу
Определение. Операционный усилитель (ОУ) – усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с ООС (ГОСТ).
Справедливо дать и другое определение, которое отражает структурное построение ОУ.
Операционный усилитель – это активный многополюсник, имеющий одну или две пары входных и одну или две пары выходных зажимов.
На схемах ОУ условно обозначаются следующим образом:
Рис.10.1. Условное обозначение операционного усилителя на схемах
На рисунке 10.1 знак «–» обозначает инвертирующий вход, а знак «+» – неинвертирующий вход.
Таким образом, ОУ предназначен для того, чтобы в сочетании с другими линейными и нелинейными устройствами обеспечить:
– усиление сигналов,
– моделирование различных математических операций (суммирование, интегрирование, дифференцирование и др.).
При этом ОУ может применяться как:
– усилитель постоянного и переменного токов,
– усилитель-ограничитель,
– повторитель напряжения,
– активный RС-фильтр,
– модулятор,
– детектор,
– компаратор,
– цифроаналоговый и аналогоцифровой преобразователь,
– генератор гармонических сигналов и импульсов различной формы и др.
Такое широкое применение ОУ объясняется его свойствами. В таблице 10.1 показаны характеристики идеального усилителя и реального ОУ.
Таблица 10.1.
-
Параметр
Идеальный усилитель
Реальный ОУ
КU
→ ∞
103÷106
RВХ
→ ∞
103÷108 Ом
RВЫХ
→ 0
ед.÷сотни Ом
Диапазон частот
0 ÷ ∞
0÷109 Гц
Время переходных процессов
→ 0
10÷20нс
Коэффициент подавления
синфазного сигнала
→ ∞
60÷100дб
Из таблицы видно, что параметры ОУ на несколько порядков выше усилителей, выполненных на базе дискретных элементов (лампах, транзисторах, резисторах и др.). Перечисленные параметры приводятся в технических условиях на конкретные ОУ.
Операционные усилители, независимо от их конкретных принципиальных схем, реализуются по следующей структуре (рис.10.2).
-
Входной ДУК с
динамической
нагрузкой
Промежуточный
каскад (ДУК)
Выходной
каскад
Рис.10.2. Структурная схема операционного усилителя
Входной ДУК с динамической нагрузкой служит для обеспечения симметричного относительно земли возбуждения при усилении сигнала, а также для обеспечения достаточно большого RВХ усилителя.
Промежуточный каскад служит для обеспечения дополнительного усиления, а также обеспечения перехода от входного ДУК к выходному каскаду. Как правило, промежуточный каскад является ДУК.
Выходной каскад служит для обеспечения заданного уровня выходного напряжения и необходимой величины выходного сопротивления RВЫХ . Выходной каскад может включать в себя:
– эмиттерный повторитель,
– схему сдвига уровня (при отсутствии входного сигнала создает на выходе усилителя нулевое напряжение),
– усилитель мощности.
Типовая принципиальная схема операционного усилителя на базе микросхемы 140УД1 представлена на рисунке 10.3.
Рис.10.3. Типовая принципиальная схема операционного усилителя
Эту схему можно разбить на несколько участков.
1. Входной ДУК состоит из транзисторов VT1, VT2, VT3, VT4 и резисторов R1, R2, R3, R4, R5 . Транзистор VT4 использован в диодном включении. Работа каскада была подробно проанализирована ранее. Для обеспечения большого входного сопротивления RВХ токи коллекторов (и эмиттеров) транзисторов VT1 и VT2 выбираются достаточно малыми (десятки микроампер), что определяет малую крутизну ВАХ. Часто для повышения RВХ первый ДУК выполняется на полевых транзисторах.
2. Второй ДУК состоит из транзисторов VT5 и VT6, эмиттеры которых связаны со схемой генератора стабильного тока (ГСТ) входного дифференциального каскада. Этот каскад служит для обеспечения большого коэффициента усиления по напряжению КU.
3. Двухтактный выходной каскад состоит из транзисторов VT9 и VT10 , включенных по схеме с общим эмиттером. Этот каскад обеспечивает усиление сигнала по мощности и малое выходное сопротивление ОУ.
4. Между выходом второго ДУК и входом выходного каскада включена схема на транзисторах VT7 и VT8, которая обеспечивает развязку выходного каскада и второго ДУК и сдвиг уровня постоянного напряжения. Фактически транзитов VT7 используется как эмиттерный повторитель, но сигнал снимается с части эмиттерной нагрузки, образованной резистором R9 и входным сопротивлением транзистора VT8, включенного по схеме с общим эмиттером. Выбором номинала резистора R9 и тока, протекающего через него, который создает ГСТ (на схеме показано условно) создается постоянный потенциал, обеспечивающий при отсутствии сигнала на входе нулевой уровень на выходе.
Для предотвращения самовозбуждения ОУ на высоких частотах в схему включаются внешние корректирующие элементы R10, С1, С2.
Выводы по 1-му вопросу:
1. Широкий спектр устройств, созданных на базе ОУ, появился благодаря уникальным свойствам и характеристикам усилителя.
2. Свойства операционных усилителей могут быть изменены с помощью цепей обратной связи.