Курсовая работа: Расчет разностного усилителя (вычитателя) на ОУ

· время установления выходного напряжения t_уст время за которое выходное напряжение достигает свое стационарное значение с заданной точностью.

Параметры цепи питания:

· напряжение питания ± Е_п ;

· потребляемый ток I_пот .

· потребляемая мощность. Мощность (без нагрузки) потребляемая операционным усилителем.

Важной характеристикой ОУ является его амплитудная (передаточная) характеристика. Она приведена на рис.3 – U_вых =f (U_вх+ , U_вх- ). Кривая 1 соответствует выходному напряжению при входном напряжении на инвертирующем входе и нулевом напряжении на неинвертирующем входе, т.е. U_вых =f(U_вх- )|_{Uвх+= 0} . Кривая 2 – U_вых = f(U_вх+ )|_{Uвх-= 0} . По амплитудной характеристике можно определить К_оу =U_вых /U_вх , и U_см – напряжение смещения – это постоянное напряжение на входе при котором выходное напряжение равно нулю, т.е. ОУ - сбалансирован, U_сдв – напряжение сдвига - это постоянное напряжение на входе, когда U_вх- = U_вх+ = 0. Типовые значения: Коу=10⁴ ¸10⁷ ; U_см = 5...20 мВ.

При упрощенном анализе схем, содержащих ОУ, удобно пользоваться понятием "идеального ОУ", для которого:

1. К_оу = ∞ ;

2. R_вх – входное сопротивление = ∞ ;

3. R_вых – выходное сопротивление = 0 Ом;

4. U_вых = 0 при U_вх- = U_вх+ = 0 т.е. ОУ сбалансирован; 5. f – диапазон усиливаемых частот =∞; 6. I_вх – входной ток 0А.

Из параметров идеального ОУ следует, что его входы виртуально замкнуты т.е. U_вх- = U_вх+ , а R_вх =∞. Это утверждение следует из того, что при К_оу = ∞ напряжение U_вых = К_оу (U_вх+ - U_вх- ) всегда конечно и по значению меньше напряжения питания Е_п , что может иметь место только в том случае когда выполняется условие

(U_вх+ - U_вх- )= 0 или (U_вх+ =- U_вх- ).

Реально идеальных ОУ не существует. Однако параметры реальных ОУ, с точки зрения погрешностей создаваемых ими, близки к идеальным. Это позволяет использовать понятие идеального ОУ, что существенно упрощает анализ схем, содержащих ОУ. Обычно в устройствах содержащих ОУ он используется не самостоятельно, а с элементами внешней обратной связи, которые целиком определяют его передаточную и частотную характеристику.

В действительности при расчете схем содержащих ОУ следует учитывать конечные значения R_{вх оу} , R_{вых оу} и полосы пропускания. Так номиналы резисторов, подключаемые к выводам ОУ, должны удовлетворять очевидным неравенствам

R_min ≥ 10 R_{вых оу} , R_max ≤R_{вх оу} /10. (1)

Номиналы емкостей, с одной стороны должны быть значительно больше паразитных емкостей схемы. С другой стороны, эти емкости не должны быть большими, так как при этом увеличиваются габариты устройства и потери в конденсаторах.

Рис.1.1.

Для низкочастотных устройств (фильтров) частота единичного усиления должна удовлетворять неравенству

f_{1 оу} ≥ f₀ К_о ;

для высокочастотных устройств (фильтров) неравенство оказывается еще более жестким

f_{1 оу} ≥ 100f₀ К_о ,

здесь f₀ – граничная частота устройства; К_о – коэффициент усиления устройства в полосе пропускания.

Операционные усилители, выполняемые в виде монолитных ИМС, можно классифицировать следующим образом.

1. По типу транзисторов, используемых во входных каскадах:

– ОУ на биполярных транзисторах, имеющие малое напряжение смещения нуля, но значительные входные токи и сравнительно невысокое входное сопротивление (~ 10⁶ Ом);

– ОУ с полевыми транзисторами на входе, в которых достигаются высокое входное сопротивление (~10⁹ – 10¹² Ом) и малые входные токи, но возрастает напряжение смещения нуля.

2. По выходной мощности: