Реферат: Операционные усилители и их применение

Выполнил: студент группы ЭП11-10

Халитов А. М.

Проверил: преподаватель Брылякова Е.А.

Ишимбай – 2010 год

СОДЕРЖАНИЕ ׃

Введение..................................................................................................................3

1. Типы операционных усилителей.......................................................................4

2. Отличительные особенности оптронов ...........................................................6

3. Обобщенная структурная схема.....................................................................10

4. Применение........................................................................................................10

Заключение.............................................................................................................11

Литература..............................................................................................................12

Введение

Операционный усилитель – универсальный функциональный элемент, широкоиспользуемый в современных схемах формирования и преобразованияинформационных сигналов различного назначения как в аналоговой, так и вцифровой технике.

Наименование «операционный усилитель» обусловлено тем, что, преждевсего такие усилители получили применение для выполнения операцийсуммирования сигналов, их дифференцирования, интегрирования, инвертированияи т. д. Операционные усилители были разработаны как усовершенствованныебалансные схемы усиления.

Усложнение схем операционных усилителей (современные операционныеусилители включают десятки, а иногда и сотни элементарных ячеек: регистров,диодов, транзисторов, конденсаторов), использование генераторов стабильныхтоков и ряд других усовершенствований существенно расширили сферу возможныхприменений операционных усилителей.

Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения математическихопераций в аналоговых вычислительных машинах. Первый ламповый ОУ K2W былразработан в 1942 году Л.Джули (США). Первые ОУ на транзисторах появились впродаже в 1959 году. Р.Малтер (США) разработал ОУ Р2, включавший семьгерманиевых транзисторов и варикапный мостик. Требования к увеличениюнадежности, улучшению характеристик, снижению стоимости и размеровспособствовали развитию интегральных микросхем, которые были разработаны в лаборатории фирмы Texas Instruments (США) в 1958 г. Первый интегральный ОУmА702, имевший рыночный успех, был разработан Р.Уидларом (США) в 1963 году.В настоящее время номенклатура ОУ насчитывает сотни наименований. Этиусилители выпускаются в малогабаритных корпусах и очень дешевы, чтоспособствует их массовому распространению.ОУ представляют собой усилители медленно изменяющихся сигналов с низкимизначениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются ототдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУпочти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителяи отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того,благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различныхэлектронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем надискретных элементах. ОУ почти полностью вытеснили отдельные транзисторы вкачестве элементов схем ("кирпичиков") во многих областях аналоговойсхемотехники.

1. Типы операционных усилителей ? ????????? ????? ? ???? ??????????????? ????? ???????????? ??????????????. ??? ??? ???????????? ????? ????????? ?? ??????, ???????????? ???????????????? ? ?????????????, ???????????, ????????????? ???????????????????? ????????????????, ?????? ??? ?????? ????? ????????????,?.?. ???????? ????? ????????. ? ????? ?????? ?????????? ???????????? ???????????? ????????? ?????????????? ?? ??????????, ?????????-??????? ? ???? (?? ?????????????????????? ???????????? ? ????????????? ????????). ? ?????????-??????? ????????? ??????????? ? ??????????? p-n ????????? ??? ???-??????????? ?????????????????? ? ???????? ??????? ? ???????????????? ??????? ???????. ?? ????????? ??????????? ??????? ??????? ????????????? ? ????? ??????? ????. ??????? ????? ???????????? ?? ????????? ? ?????????? ?????? ??????????.??? ??????? ????????? ???????? ??????????????, ????????? ???????? ? ????? ???????? ????????. ??????? ?????????: KU = 20 000 - 200 000; U?? = 0,1 - 20??; f? = 0,1 - 10 ???. ???????? ???????: 140??6, 140??8, 153??6, LF411. ????????????????? ????????? ??? ??????? ?????????? ?????????? ???????????? ???????????? ?????????????? (f? = 20 - 1000 ???, r = 10 - 1000?/???). ?????????????? ?? ???????????? ??? ??????????????. ??-??????, ? c????? ???????? ????????????????? ????????? ?????? p-n-p-???????????,???????????? ?????????????? ??-?? ??????? ??????????? ????? ?? ????????? ???????????? ???????????. ??-??????, ???????? ?????????? ?????????? ??????????????? ??????????????? ???????????? ??. ??????? ??????? ??????? ?????????,????????? ?? ??????? ??????? ????? ????????????????? ?-????????? ??????????????????. ????????? ???????? ?????? ?? ????? ???? ???????? ???????????????????? ???????, ???? ???????? ??????? ??. ? ?????? ??????????????????? ??? ??????????? ??, ? ?? ?????? ?????????? ????????????.???????? ???????????? ?????, ????? ?????????????? ??????????????? ?????? ? ????? ????????? ??? ??? ???. ??? ?????????, ????????????????? ?? ??????? ???????????????. ???????? ???????: 140??10, 574??3, 154??4, ???634. ???????????? ????????? ????? ??????? ???????????????? ??????????????????? ?? ??????????, ????? ?????????? ???????? ???? ? ????? ??????? ????????? ??? ?????? ??? ??????? ??????????????. ?????????? KU ???????? ??????????????????????? ???????? ???????? ?? ?????????? ??? ???????????????????????? ????? (????????, 551??1), ??? ????????? ????????? ?????????.?????????? ????????? ???????? ???? ???????? ?????????? ?????????-??????????? (???), ???? ????????????? ??????????? ?????? (??????????).???????? ???????: 140??26, ???400?, ???227 (??? ??????????), ICL7652,140??24, ???430 (? ???????????). ??????????? ????????? ???????????? ? ????????, ?????????? ??????? ?? ?????????????? ??? ?????????????? ???????. ??? ????????? ?????????? ?????????? ??? ?? ?????????? ??????? (????????, ?? ???406 ?????????? ??? ??????? 1,2 ???). ??? ?????? ????????? (???????? ??????????????) ? ??? ???????????????. ??? ????, ????? ???? ??????????? ?????????????? ????? ??????????????? ????? ???????????? ? ?????? ??????????????? ????????? ????????????????? ?? ????????? ????????????????. ??????????????? ?? ???????????????? ?????, ??????? ????? ??????? ???????? ??????????? ? ??????????? ??? ?????????? ??????? ???????????? ??????????. ?????????????????????? ?????? ??? ??????? ??????? ?????? ?????????, ??????? ???????????????? ??????????? ??????????? ???? ? ???????????? ???????? ?????????????????. ?????????? ????? ????????? ???????? ? ?????????? ???????????????? ? ?????????? ????????????? ????. ?????????? - ? ????????? ??????????.???????? ???????: 140??12, 1407??2, ??22. ??????? ???????? ???? ?????????????? ??????????? ? ??????????????? ?? - ??????? ??????????. ??????????? ??,??? ???????, ????????? ??????? ?? ?????? ?????? ??????????. ????????, ?? ???? ???480 ????????? ?????? ?? ?????????? ? ??????????? ?? +/-0,8 ?? +/-18? ??? ???? ??????????? 15 ???.???? ???????? ??????? - ???????????? (????????, ????????), ????????????????????????? ???????????? ????????? ? ???????????? ????????. ??? ?????????????? ????????? ?? ????? ??????? ??? ???? ????????, ????????, ?? ????????????????? ??????????? 3 ??????. ???????? ??????????, ????????????? ? ?? ????????????? ????????, - ???????? ???????? ?????????? ??????? ?????????????????? ???? ?????????????? ?????????? ??????? (?????? ???????????? ??????????? ?????), ? ?????? ????????? ?????????? ?????? ???? ?????????????? ??????????? ??????????? ??????? (??????????? ?????). ???????????????????, ????????? ??????? ? ???????? ?????????? ??????? ????? ?????????? ??????? ? ?????? ??????? ??????? (??? ??????????, rail-to-rail ???? ??????), ?????? ??????? ?????????? ????? ???? ???????? ?? ??? ???????.???????? ???????: ???495, ???????????? ?? ????????????? ????????? ??? 150 ???, LMV321, ???????????? ??? 145 ???, ?? ????????? 1,8 ?. ?????? ????? ????????? ?????????????? ?????????. ??? ??????????, ????????? ????? ????????? ???, ??? ??? ?????? ?????????? ??. ????????, ??? ????140??20 ????? ? ????? ??????? ??? ?? 140??7. ?????????? ???406/407/409 ????227/2227/4227 ????????, ??????????????, ????, ??? ? ?????? ???????????????????. ?????? ? ?????????????? ???????????? ?????????. ??????????? ????? ???????????? ?? ?????????? ??????? +/-15 ?. ????????? ????????? ??????? ???????????? ?????? ?? +/-22 ?. ????? ???????????? ??? ??????????, ????????,??????????????????? ?????????????????, ??? ????????? ?????????? ?????????????? ????????????. ??????? ?????????????? ???????????????????????? ??, ??????????? ????? ??????? ???????? ? ??????????????????. ? ?????????????? ??????? ???????????? ?????????, ??????????????? ?????????????? ? ?????????????? ???????? ?????????? ????? 50?????. ???????? ????????? ?????????? ? ???????????? ?????????????????(??????????) ?? ??????? ? ?????????? ???????? ???????????? ?????????????????????????? ? ??????? ???????? ????? ?????????? ? ?????????. ?????????????????? ?? ? ??????????? ??????? ????? 100 ? ??????????????? ? ????????????? ???. ? ?? ?? ?????, ????? Apex Microtechnology (???) ??????????????????????????? ???????????? ?? ??90, PA92 ? ??94, ? ?????????????????????? ??????? +/-200 ?, ???????? ??????????? +/-170 ? ? ????????????? ?? 14 ?. ???????????? ????????? ?????? ?????????? ?????? ????????? ???????? ??? ??5 ??. ??? ?????????? ?????? ????????? ??????????? ?????? ??. ? ???????????? ??????? ?????????, ??????????? ???????? ??? ????? 500 ??. ?????????????????????????? ????????????? ??????? ?? ????? ??????? LM12 ? ????????????? ?? 10 ? ? ???????????? ????????? ?? 90 ??. ????? Apex Microtechnology????????? ??????????? ????????? ?? ??30, ??????????? ???????? ??? ?? 100 ?? ????????? ?????? ? ???????? ???????? ?? 2000 ?? ??? ????????????????????. ?????????? ?????????? ???????? ???????? ?????????? ????????????? ????????????? ?????? ?????? D. ?????????? ???????? ?????????????? ?????????? ????????? ????? Apex SA08 ? ???????-?????????? ?????????? ????????? 22 ???: 10 ??? ??? ?????????? ?? 500 ? ? ???? ?? 20 ?. ??? ???? ???????????? ????????? 98%.

2. Основные параметры ОУ

Интегральный ОУ имеет следующие основные параметры:Коэффициент усиления напряжения Kуи - отношение изменения выходного напряжения. В общем случае, коэффициент усиления ОУ, не охваченного обратной связью, равен произведению Kуи всех его каскадов. В настоящее время Kу некоторых усилителей по постоянному току превышает 3*106. Однако его значение уменьшается с ростом частоты входного сигнала, при этом суммарная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет столько изломов, сколько усилительных каскадов в ОУ. Каждый каскад на высоких частотах вносит фазовый сдвиг, который влияет на устойчивую работу ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС). Устойчивой работы усилительных каскадов ОУ добиваются введением частотной коррекции - внешних нагрузочных RC-цепей. Для стабилизации двухкаскадного усилителя обычно требуется одна цепь, трехкаскадного - две. Многие ОУ последних выпусков не требуют внешних цепей коррекции, так как в их схему уже введены необходимые элементы.

2. Частота единичного усиления f1 - значение частоты входного сигнала, при котором значение коэффициента усиления напряжения ОУ падает до единицы. Этот параметр определяет максимально реализуемую полосу усиления ОУ. Выходное напряжение на этой частоте ниже, чем для постоянного тока примерно в 30 раз.

3. Максимальное выходное напряжение Uвых.макс - максимальное значение выходного напряжения, при котором искажения не превышают заданного значения. В отечественной практике этот параметр измеряется + Uвых.макс относительно нулевого потенциала как в положительную, так и в отрицательную сторону. В зарубежных каталогах приводят значение максимального диапазона выходных напряжений, который равен 2Uвых. Выходное напряжение измеряется при определенном сопротивлении нагрузки. При уменьшении сопротивления нагрузки величина Uвых.макс уменьшается.

4. Скорость нарастания выходного напряжения VUвых - отношение изменения Uвых от 10 до 90% от своего номинального значения ко времени, за которое произошло это изменение. Параметр характеризует скорость отклика ОУ на ступенчатое изменение сигнала на входе; при измерении ОУ охвачен ООС с общим коэффициентом усиления от 1 до 10 .

5. Напряжение смещения Uсм - значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы на выходе напряжение было равно нулю. Операционный усилитель реализуется в виде микросхемы со значительным числом транзисторов, характеристики которых имеют разброс по параметрам, что приводит к появлению постоянного напряжения на выходе в отсутствие сигнала на входе. Параметр Uсм помогает разработчикам рассчитывать схемы устройств, подбирать номиналы компенсационных резисторов.

6. Входные токи Iвх - токи, протекающие через входные контакты ОУ. Эти токи обусловлены базовыми токами входных биполярных транзисторов и токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутреннее сопротивление источника сигнала, создают падения напряжений, которые могут вызвать появление напряжений на выходе в отсутствие сигнала на входе.

7. Разность входных токов . Входные токи могут отличаться друг от друга на 10…20% . Зная разность входных токов, можно легко подобрать номинал балансировочного резистора.

Все параметры ОУ изменяют свое значение - дрейфуют с изменением температуры. Особенно важными дрейфами являются:

8. Дрейф напряжения смещения DUсм

9. Дрейф разности входных токов DIвх.

10. Максимальное входное напряжение Uвх - напряжение, прикладываемое между входными контактами ОУ, превышение которого ведет к выходу параметров за установленные границы или разрушению прибора.

11. Максимальное синфазное входное напряжение Uвх.сф - наибольшее значение напряжения, прикладываемого одновременно к обоим входным выводам ОУ относительно нулевого потенциала, превышение которого нарушает работоспособность прибора. В отечественной документации приводят модуль величины Uвх.сф , а в зарубежной - диапазон.

12. Коэффициент ослабления синфазного сигнала Кос.сф - отношение коэффициента усиления напряжения, приложенного между входами ОУ, к коэффициенту усиления общего для обоих входов напряжения.

13. Выходной ток - максимальное значение выходного тока ОУ, при котором гарантируется работоспособность прибора. Это значение определяет минимальное сопротивление нагрузки. Очень важно при расчете комплексного сопротивления нагрузки учитывать, что при переходных процессах включения (выключения) ОУ значения емкостной или индуктивной составляющей сопротивления нагрузки резко изменяются, и при неправильном подборе нагрузки схема может выйти из строя.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--