X-PDF

Основные понятия, термины, определения

Поделиться статьей

Операционный усилитель (ОУ) — усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной связью (ООС). Комплексная схема из ОУ и внешних элементов, образующих ООС, носит название решающего усилителя (РУ).

Дифференциальный операционный усилитель (ДУ) — ОУ, имеющий два симметричных входа (инвертирующий и неинвертирующий).

Входное напряжение (Uвх) – напряжение между выводами входа и земли или напряжение между входными выводами дифференциального ОУ (дифференциальное входное напряжение — Uвх. диф). На рисунке 3.22 показаны два входа ОУ: инвертирующий (−) и неинвертирующий (+). Входные напряжения на неинвертирующем входе (+) и на инвертирующем (–) измеряются между входными выводами и общей точкой источников питания (^).

Напряжения Uвх (+) и Uвх (–), равные по амплитуде и одного знака, действующие на неинвертирующем и на инвертирующем входах, называются синфазными (Uвх. сф).

Напряжения Uвх (+) и Uвх (–), равные по амплитуде, но противоположного знака, действующие на входах ОУ, называются парафазными (Uвх. пф).

Произвольные по знаку и амплитуде входные напряжения Uвх (+)1 и Uвх (–)1 можно представить в виде комбинации входных синфазных и парафазных напряжений:

Uвх (+)1 = Uвх. сф 1+ Uвх. пф 1,

Uвх (–)1= Uвх. сф 1 Uвх.пф 1.

Синфазная составляющая входного напряжения определяется как полусумма входных напряжений Uвх (+)1 и Uвх (–)1:

. (3.37)

Парафазная составляющая входного напряжения определяется как полуразность входных напряжений Uвх(+)1 и Uвх(–)1:

Напряжение между двумя входами — дифференциальное (Uвх. диф) определяется как разность:

Uвх. диф = Uвх (+)Uвх (–).

Предельное входное напряжение (Uвх. макс) — максимальное значение входного напряжения, не вызывающее необратимых изменений в ОУ.

Коэффициент усиления ОУ (Ку,U или Ку,I) – отношение приращения значения выходного напряжения (тока) ОУ к вызвавшему это приращение значению входного напряжения (тока).

Напряжение смещения ОУ (Uсм) — значение постоянного входного напряжения, при котором выходное напряжение равно нулю при включении резисторов с оговоренными значениями сопротивлений между любым входным выводом ОУ и источником входного напряжения. Если значения указанных сопротивлений стремятся к нулю, то напряжение смещения называется ЭДС смещения (Есм).

Средний температурный дрейф напряжения смещения (D Uсм /DТ) – максимальное изменение значения Uсм при изменении температуры окружающей среды. Имеет размерность мкВ/°С.

Временной дрейф напряжения (ЭДС) смещения (D Uсм / D t) — максимальное изменение Uсм (Есм) за указанный интервал времени через заданный интервал после включения при условии необходимой стабильности прочих воздействующих факторов.

Синфазные входные напряжения (Uвх. сф) — напряжения между каждым из входных выводов ОУ и землей, амплитуды и фазы которых совпадают, или среднеарифметическое значение напряжений на входах ОУ, определяемое по формуле (3.37). На практике используется еще одно определение: синфазное напряжение равно напряжению на неинвертирующем входе. Практически оба определения равнозначны, поскольку напряжение между входами ОУ значительно меньше входного синфазного напряжения.

Диапазон синфазных входных напряжений (D Uвх.сф) — диапазон значений синфазных входных напряжений, в котором параметры ОУ лежат в гарантированных пределах.

Предельные синфазные входные напряжения (Uвх. сф. макс) — максимальные значения синфазных входных напряжений, не вызывающих необратимых изменений в ОУ.

Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений (Кос. сф) — коэффициент, равный отношению синфазного входного напряжения к дифференциальному входному напряжению, вызывающих одно и то же приращение выходного напряжения ОУ.

Малый сигнал — сигнал (напряжение или ток), воздействующий на операционный усилитель, увеличение амплитуды которого не приводит к изменению исследуемого параметра.

Диапазон выходного напряжения (D Uвых) — диапазон значений выходного напряжения (между выходом ОУ и землей), в котором параметры ОУ, определяемые малым сигналом, лежат в гарантированных пределах.

Максимальное выходное напряжение (Uвых. макс) — предельное значение выходного напряжения ОУ при оговоренном сопротивлении нагрузки и напряжения источника питания.

Входной ток (Iвх) — ток, протекающий во входной цепи ОУ. Под входным током подразумевают средний входной ток, определяемый как среднее арифметическое значение входных токов по каждому из входов Iвх 1 и Iвх. 2 при заданном нулевом значении выходного напряжения.

Предельный входной ток (Iвх. мах) — максимальное значение входного тока ОУ, не вызывающее изменений в усилителе.

Разность входных токов (D Iвх) — разность значений токов, протекающих через входы дифференциального ОУ, при заданном нулевом значении выходного напряжения. Разностный ток характеризует несимметрию входного дифференциального каскада ОУ. Если значение D Iвх близко к нулю, то влияние входных токов Iвх на выходное напряжение ОУ можно существенно уменьшить, установив одинаковые эквивалентные проводимости внешних цепей, присоединенных к инвертирующему и неинвертирующему входам ОУ. Обычно D Iвх составляет 20…50 % от входного тока Iвх.

Диапазон выходного тока (D Iвых) — диапазон значений выходного тока, в котором параметры ОУ лежат в гарантированных пределах.

Предельный выходной ток (Iвых. макс) — максимальное входное значение выходного тока ОУ при оговоренном выходном напряжении, не вызывающее необратимых изменений в ОУ. Большинство новых моделей ОУ имеют каскад защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки или от перегрузки, ограничивающий выходной ток на уровне 25 мА.

Входное сопротивление (Rвх) — величина, равная отношению приращения входного напряжения ОУ к приращению входного тока при заданном значении частоты сигнала. Фактически это сопротивление между входами ОУ (рисунок 3.23).

Представленная информация была полезной?
ДА
58.72%
НЕТ
41.28%
Проголосовало: 1066

Рисунок 3.23 — Входное и выходное сопротивления ОУ

В некоторых случаях это сопротивление называют входным сопротивлением для дифференциального (парафазного) сигнала (дифференциальное входное сопротивление — Rвх. д). Входное сопротивление ОУ, входной каскад которого выполнен на биполярных транзисторах, может составлять значение от нескольких десятков килоом до единиц мегаом и более. Для увеличения входного сопротивления применяются транзисторы со сверхвысоким b (значением 10…5000), работающие с малыми входными токами. Увеличение b приводит к росту сопротивления эмиттерного перехода

,

которое в значительной мере определяет входное дифференциальное сопротивление. Параметр jт — тепловой потенциал, при комнатной температуре составляет 25 мВ.

ОУ с выходным каскадом на униполярных транзисторах обладает существенно большим входным сопротивлением (108 Ом и более). Необходимо помнить, что входное сопротивление ОУ (Rвх) и входное сопротивление решающего усилителя (Rвх. ру) — совершенно разные понятия. Входное сопротивление РУ (Rвх. ру) определяется схемой включения ОУ, параметрами внешних цепей и в том числе входным дифференциальным сопротивлением операционного усилителя (Rвх). Так, в случае реализации неинвертирующего повторителя, его входное сопротивление много больше входного дифференциального сопротивления ОУ.

Для оценки входного дифференциального сопротивления ОУ, входной каскад которого выполнен на биполярных транзисторах, можно использовать выражение

,

где jт — тепловой потенциал 25 мВ .

Iвх — входной ток.

Входное сопротивление для синфазных напряжений (Rвх. cф) — величина, равная отношению приращения синфазных входных напряжений ОУ к приращению Iвх при заданной частоте сигнала (см. рисунок 3.23). Это сопротивление значительно больше (более чем в 100 раз) входного дифференциального сопротивления. Этот параметр приводится достаточно редко и его значение лежит в диапазоне от сотен килоом (ОУ с биполярными входными транзисторами) до десятков гигаом (ОУ с полевыми транзисторами).

Выходное сопротивление (Rвых) — величина, равная отношению приращения выходного напряжения ОУ к вызвавшему его приращению выходного тока (см. рисунок 3.23). Этот параметр нормируется достаточно редко и ориентировочное его значение составляет десятки-сотни Ом. Необходимо отметить, что выходное сопротивление решающего усилителя во много раз меньше, чем Rвых операционного усилителя, на базе которого он построен.

Входная емкость (Свх) — емкость между входами ОУ.

Входной импеданс (Zвх) — полное сопротивление входа, соответствующее параллельному соединению Rвх и Свх. С увеличением частоты входного сигнала (более 100 кГц) значение Zвх уменьшается.

А) — схема измерения . б) — диаграмма изменения входного и выходного напряжений при измерении времени установления . в) — диаграмма изменения входного и выходного напряжений при измерении времени восстановления

Рисунок 3.24 — Схема измерения динамических параметров tуст, tнар, tв

Время установления выходного напряжения (tуст) — время от момента подачи на вход импульса напряжения прямоугольной формы до момента последнего вхождения выходного напряжения в зону заданной погрешности (рисунок 3.24) на диаграммах 3.24, б и 3.24, в. Штриховкой показана зона погрешности достижения заданного уровня U0 выходного напряжения.

Обычно время установления нормируется для зоны заданной погрешности d = 1%, 0,1% и 0,01% при максимальной амплитуде входного импульса для данного типа ОУ.

Время нарастания (tнар) — время, за которое выходное напряжение изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения U0 (рисунок 3.24, б).

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (VUвых.макс) — наибольшая скорость изменения выходного напряжения ОУ при воздействии импульса максимального входного напряжения прямоугольной формы (см. рисунок 3.24, б). Определяется как отношение приращения выходного напряжения к времени tнар, за которое произошло это приращение. Числовое значение VUвых.max лежит в пределах от десятых долей В/мкс (прецизионные ОУ) до сотен В/мкс (быстродействующие ОУ). Для передачи без искажений синусоидального сигнала необходимо выбрать ОУ с учетом следующего условия:

Um 2 π f &lt . VUвых.max,

где Um — амплитуда синусоидального сигнала, В .

f — частота синусоидального сигнала, Мгц .

VUвых.макс — параметр выбираемого типа ОУ, В/мкс.

Время восстановления (tв) — время с момента скачкообразного уменьшения входного сигнала перегрузки до момента последнего вхождения в зону погрешности, заданную относительно установившегося выходного напряжения U0 (рисунок 3.24, в). Это очень важный параметр, но часто не указывается в технических характеристиках. Необходимо помнить и учитывать при экспериментальном определении, что время восстановления, необходимое для выхода из положительного насыщения, может существенно отличаться от tв, необходимого для выхода из отрицательного насыщения.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — зависимость модуля коэффициента усиления от частоты (рисунок 3.25).

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) — зависимость аргумента коэффициента усиления ОУ от частоты.

Частота единичного усиления (f 1) — частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ Ку равен единице (см. рисунок 3.25). В теории управления частота единичного усиления f 1 называется частотой среза (fсрз). Частотой среза fсрз характеризуется АЧХ решающего усилителя с внешними корректирующими цепями. Для решающего усилителя, реализованного на базе ОУ с внутренней частотной коррекцией, частоты f 1 и fсрз могут совпадать. Например, характеристики 1 и 2 на рисунке 3.25. Значения f 1 лежат в пределах от сотен килогерц для прецизионных ОУ до десятков мегагерц — для быстродействующих.

Граничная частота (полоса пропускания fгр) — частота, на которой модуль коэффициента усиления уменьшается на 3 дцБ (до уровня 0,707) относительно своего уровня на низких частотах (рисунок 3.25).


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
58.72%
НЕТ
41.28%
Проголосовало: 1066

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

ОБРАЗЦЫ ВОПРОСОВ ДЛЯ ТУРНИРА ЧГК

Поделиться статьей

Поделиться статьей(Выдержка из Чемпионата Днепропетровской области по «Что? Где? Когда?» среди юношей (09.11.2008) Редакторы: Оксана Балазанова, Александр Чижов) [Указания ведущим:


Поделиться статьей

ЛИТЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ

Поделиться статьей

Поделиться статьейЛитейные дефекты — понятие относительное. Строго говоря, де­фект отливки следует рассматривать лишь как отступление от заданных требований. Например, одни


Поделиться статьей

Введение. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси

Поделиться статьей

Поделиться статьей1. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси. Специфика периода феодальной раздробленности –


Поделиться статьей

Нравственные проблемы современной биологии

Поделиться статьей

Поделиться статьейЭтические проблемы современной науки являются чрезвычайно актуальными и значимыми. В связи с экспоненциальным ростом той силы, которая попадает в


Поделиться статьей

Семейство Первоцветные — Primulaceae

Поделиться статьей

Поделиться статьейВключает 30 родов, около 1000 видов. Распространение: горные и умеренные области Северного полушария . многие виды произрастают в горах


Поделиться статьей

Вопрос 1. Понятие цены, функции и виды. Порядок ценообразования

Поделиться статьей

Поделиться статьейЦенообразование является важнейшим рычагом экономического управления. Цена как экономическая категория отражает общественно необходимые затраты на производство и реализацию туристского


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет