Основные параметры оу.

Параметры и характеристики ОУ можно подразделить на входные, выходные и характеристики передачи.

К основным входным параметрам относят:

- напряжение смещения нуля;

- входные токи;

- разность входных токов;

- входные сопротивления;

- коэффициент ослабления синфазных входных напряжений;

- допустимые значения синфазных входных напряжений и др.

Напряжение смещения нуля Uсм – это потенциал, который равен отношению напряжений на выходе ОУ при нулевом входном сигнале, к коэффициенту усиления ОУ (или это значение постоянного входного напряжения, при котором Uвых=0).

Входные токи – это токи через инвертирующий и неинвертирующий входы при подаче на них напряжений. Необходимо учитывать при подключении источников сигналов с разными внутренними сопротивлениями.

Разность входных токов может иметь любой знак.

Входное сопротивление – может быть дифференциальным или синфазным.

Коэффициент ослабления (подавления) синфазных входных напряжений – это отношение напряжения синфазного сигнала, поданного на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, которое обеспечивает на выходе ОУ тот же сигнал, что и в случае синфазного сигнала.

(Кос.сф=80-100 дБ)

Допустимое значение синфазных входных напряжений – максимальное напряжение на обоих входах ОУ без нарушения его работоспособности.

К группе выходных параметров относят:

- выходное сопротивление;

- выходное напряжение;

- ток выхода.

К группе характеристик передачи можно отнести:

- коэффициент усиления по напряжению КU;

- частоту единичного усиления;

- скорость нарастания выходного напряжения и др. (например, АЧХ)

КU – достигает до , поэтому высокочувствительные ОУ нельзя применять без ОС.

Частота единичного усиления f1, на которой модуль коэффициента усиления равен 1 (О дБ).

Скорость нарастания выходного напряжения – это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды. При этом на входе напряжение прямоугольной формы и усиление единичное.

Схемы включения ОУ.

При построении практических схем на ОУ без ОС они не используются. Для реализации функции усиления, как правило, ОУ используются в двух вариантах включения:

- инвертирующем;

- неинвертирующем.

Инвертирующее включение.

(по 1-ому закону Кирхгофа),

Т.к. при КU→ , то

Неинвертирующее включение.

Повторитель напряжения на ОУ.

Интегратор на ОУ.

Дифференциатор на ОУ.

Сумматор на ОУ.

Взаимное влияние входных сигналов Uвх1, Uвх2, …, Uвхn исключено, т.к. инвертирующий вход имеет практически нулевой потенциал.

Если

Усилитель на ОУ с дифференциальным входом.

При одновременной подаче напряжений на оба входа получается вычитающий усилитель. Так как он является линейным элементом, при определении его параметров возможно применение принципа суперпозиции (наложения):

При выполнении условия

, которое после преобразования примет вид:

, усилитель становится дифференциальным и усиливает только разность напряжений на входах:

Обратная связь в усилителях (ОС).

Обратной связью в усилительном устройстве называется такая связь между каскадами усилителя, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода усилителя подается обратно на его вход.

Такая связь может быть полезной, если создается специально для улучшения свойств усилителя (внешняя ОС), или паразитной, если она возникает за счет нежелательного влияния различных цепей друг на друга (внутренняя ОС).

Где: К – коэффициент усиления каскада;

β – коэффициент передачи цепи обратной связи.

В общем случае сигнал обратной связи может либо суммироваться со входным сигналом, либо вычитаться из входного сигнала. В зависимости от этого различают положительную или отрицательную обратные связи. При положительной ОС входной сигнал и выходной сигнал ОС суммируются и совпадают по фазе; при отрицательной ОС – вычитаются и сдвинуты по фазе на 180º.

По способу получения сигнала ОС различают ОС по напряжению и по току.

ОС по напряжения. ОС по току.

Возможна комбинация этих способов, тогда ОС называется комбинированной.

По способу введения сигнала ОС во входную цепь различают последовательную ОС и параллельную ОС.

Параллельная ОС. Последовательная ОС.

Возможна комбинация этих способов, тогда ОС называется смешанной.

Для количественной оценки степени влияния цепи ОС используется коэффициент обратной связи β (или коэффициент передачи цепи обратной связи).

или чаще используется

Расчет коэффициента усиления усилителя, охваченного ОС.

Для простоты будем считать, что фазовые сдвиги в цепях усилителя и цепи ОС отсутсвуют.

Усилитель с ОС

Коэффициент усиления усилителя, охваченного ОС будет:

, при этом:

Для положительной ОС имеем:

Произведение βК – называется петлевым усилением (или фактором обратной связи).

Величину 1-βК – называют глубиной обратной связи.

Для отрицательной ОС имеем:

Для любого вида обратной связи можно записать:

Знак перед β указывает на то, что β может принимать значение от 0 до +1 для ПОС, и от 0 до -1 для ООС.

При увеличении абсолютного значения β обратная связь становится более глубокой.

Если учесть возможность появления фазовых сдвигов в усилителе с коэффициентом К и цепи ОС с коэффициентом β, то К и β являются комплексными величинами.

Если , то

И в этом случае:

- это ООС, что показывает: коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, уменьшается в (1+ βК) раз.

При глубокой ООС, когда βК>>1

, что указывает практически независимость Коос от К.

Если (отсутствие сдвига фаз между Uвх и Uос), то

И в этом случае:

- это ПОС.

Если , то

В реальном усилителе Кос=∞ невозможен из-за ограничений роста амплитуды выходного сигнала.

Однако, в этом случае, даже при отсутствии полезного выходного сигнала, малые флуктуационные шумовые напряжения приведут к самовозбуждению в усилителе незатухающих колебаний. Поэтому ПОС в усилителе снижает его устойчивость.