Курсовая работа: Расчет разностного усилителя (вычитателя) на ОУ
– мощные ОУ с выходной мощностью от единиц до нескольких десятков ватт;
– микромощные ОУ, в которых мощность, потребляемая в режиме покоя, очень мала (~10-6 Вт).
3. По области применения:
– ОУ общего применения, характеризуемые низкой стоимостью, малыми размерами, широким диапазоном напряжения питания, защищенным входом и выходом, не очень высокой частотой f1 ;
– специальные ОУ, которые, в свою очередь, разделяются на прецизионные, измерительные, электрометрические, программируемые ОУ и т.п.
Параметры некоторых типов ОУ могут изменяться за счет введения частотной коррекции и токового программирования. Частотная коррекция может быть введена в схему ОУ при его изготовлении. Это, так, называемые ОУ с внутренней коррекцией. На рис.1, приведена АЧХ ОУ с внутренней коррекцией. Как известно, такая форма АЧХ обеспечивает устойчивость схем на ОУ при любом требуемом коэффициенте усиления, что достигается за счет существенного ухудшения частотных свойств ОУ. В случае широкого спектра усиливаемого сигнала частотные свойства ОУ накладывают ограничения на значение коэффициента усиления, который можно получить в схеме усилителя, используя данный ОУ. Например, если верхняя граничная частота единичного усиления составляет f1 = 106 Гц, то максимально возможное усиление в схеме усилителя на ОУ, на частоте 104 Гц, имеющем АЧХ, приведенную на рис.1, составит 40 дБ. При этом следует иметь в виду, что в диапазоне частот от 25 Гц до 50 кГц глубина Р отрицательной обратной связи в схеме усилителя будет уменьшаться и при f1 = 10 кГц составит Р = 1.
Использование внешних корректирующих элементов позволяет, как правило, обеспечить устойчивую работу ОУ в требуемом диапазоне изменения коэффициента усиления при меньшем ухудшении частотных свойств, но приводит к усложнению схемы усилителя.
1.2 Структурная схема операционного усилителя
Операционный усилитель – это аналоговая интегральная схема, снабженная, как минимум, пятью выводами. Ее условное графическое изображение приведено на рисунке 1. Два вывода ОУ используются в качестве входных, один вывод является выходным, два оставшихся вывода используются для подключения источника питания ОУ. С учетом фазовых соотношений входного и выходного сигналов один из входных выводов (вход 1) называется неинвертирующим, а другой (вход 2) – инвертирующим.
Рис.1.2 Рис.1.3
1.3 Разностный усилитель
На основе ОУ выполнен разностный (дифференциальный) усилитель, схема на рис.4. Это усилитель, в котором выходное напряжение пропорционально разности входных сигналов Uвх2 и Uвх1 (рис.4). Установим связь между входными и выходными сигналами этой схемы, учитывая что R1 = R2 и R3 = R4 . Поскольку для идеального
ОУ Uвх- = Uвх+ = U2 R4 /(R2 +R4 ) и Iвх = Iос
где Iвх =(Uвх+ - Uвх- )/ R3 , то выражение связывающее выходное и входное напряжения примет вид
Uвых =R4 /R2 (Uвх2 -Uвх1 ) . (2)
Идеальный разностный усилитель при подаче на оба входа одинаковых напряжений, т.е. Uвх1 = Uвх2 , имеет на выходе напряжение равное нулю. Такие входные напряжения называются синфазными Ucc . В общем случае синфазный сигнал представляет собой среднее значение двух входных напряжений, т.е.
Ucc = (Uвх1 + Uвх2 )/2. Если Uвх1 =-Uвх2 , то Ucc = 0.
Разность двух входных напряжений называется дифференциальным сигналом Uдс =Uвх2 -Uвх1 . Поскольку усилитель разности усиливает только разностный (дифференциальный) сигнал, то такой усилитель часто называют дифференциальным усилителем.Дифференциальный операционный усилитель – универсальный и наиболее широко применяемый тип ОУ.
Чтобы уменьшить затраты, выпускают специализированные усилители, имеющие ограниченную область применения из-за того что присутствует всего один вход, но в них лучшее сочетание функциональных возможностей стоимости.
Рис.1.4
Разностный усилитель – это усилитель в котором выходное напряжение пропорционально разности входных сигналовUвх1 и Uвх2 . Разностный усилитель на ОУ является совокупностью инвертирующего и неинвертирующего усилителей.Uвых разностного усилителя:
Uвых = Коу (Uвх+ - Uвх- ) (3)
Для частного случая при R2 = R3 получаем:
Uвых = Uвх2 – Uвх1 (4)
Это выражение объясняет происхождение названия и назначение разностного усилителя. Если подать на оба входа разностного усилителя одинаковое напряжение, то на выходе получим напряжение равное нулю, такие входные напряжения называют синфазнымиUсс. Синфазный сигнал это среднее значение двух входных напряжений.
Uсс = (Uвх1 + Uвх2 )/2 (5)
Если напряжение входа один равняется напряжению входа 2 которое отрицательное, то напряжение синфазного сигнала равно нулю.