Применение ОУ

ОУ применяют в схемах с глубокой отрицательной обратной связью. Вид выполняемых ОУ операций определяется внешними по отношению к ОУ элементами. От параметров самого ОУ зависит только точность выполняемых операций. Рассмотрим наиболее распространенные устройства на основе ОУ.

Инвертирующий усилитель осуществляет усиление аналоговых сигналов с поворотом фазы на 180°. На рис. 7.20 представлена схема такого усилителя, а на рис. 7.21 — эквивалентная схема, на которой показано входное сопротивление ОУ R_m, а усилительные свойства ОУ отражены генератором напряжения K_nU_KX с внутренним сопротивлением R_mx.

Номенклатура аналоговых ИМС, выпускаемых промышленностью, позволяет реализовать самые разнообразные функциональные преобразования аналоговых сигналов. По характеру выполняемых преобразований аналоговые ИМС можно подразделить на несколько основных групп:

· усилители;

· перемножители;

· компараторы;

· стабилизаторы напряжения;

· аналоговые коммутаторы;

· аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи;

· специализированные ИМС.

Усилители предназначены для усиления сигналов. К ним относятся усилители низких, промежуточных и высоких частот, видеоусилители, усилители импульсных сигналов и др. Наиболее распространенным видом аналоговых ИС являются операционные усилители, выполняющие функции базового элемента для построения многих аналоговых узлов.

Перемножители предназначены для перемножения двух аналоговых сигналов. С их помощью осуществляются различного рода преобразования сигналов — модуляция и демодуляция, умножение и деление частоты и т. д. Функцию перемножения можно представить в виде у = kx_lx₂, где х_х и х₂ — перемножаемые сигналы, k— масштабный коэффициент. Простейшая схема перемножителя может быть реализована на основе дифференциального каскада, напряжение на выходе которого у = к_дх^х₂, где

Помимо модуляции и демодуляции сигналов перемножители позволяют осуществить удвоение частоты, квадратичное детектирование, а также деление двух сигналов, извлечение квадратного корня, выделение тригонометрических функций и др.

Компараторы предназначены для сравнения аналоговых сигналов с опорным напряжением. Их основу составляют операционные усилители. На один вход компаратора подается аналоговый сигнал, на другой — опорное напряжение. Если мгновенное значение напряжения аналогового сигнала меньше опорного, то на выходе компаратора формируется высокий уровень потенциала. Если мгновенное значение напряжения аналогового сигнала превышает опорное, то на выходе формируется низкий уровень потенциала. Величины выходных напряжений компаратора соответствуют уровням напряжений цифровых ИС, то есть компаратор осуществляет преобразование пороговых сигналов в цифровую форму. Компараторы находят применение в качестве пороговых устройств в автоматике, аналого-цифровых преобразователях, дискриминаторах амплитуды импульсов, а также в качестве усилителей считывания сигналов магнитной и полупроводниковой памяти.

Стабилизаторы напряжения предназначены для получения стабильных напряжений, питающих интегральные схемы. Структурно стабилизатор напряжения состоит из управляющего элемента, представляющего собой составной транзистор, включенный между входом и выходом схемы, и дифференциального каскада, вырабатывающего сигнал ошибки, подаваемый на базу составного транзистора. На один из входов дифференциального каскада поступает высокостабильное опорное напряжение, на второй — часть напряжения с выхода схемы. Сигнал ошибки пропорционален разности напряжений, действующих на входе дифференциального каскада. Когда напряжение на выходе схемы возрастает за счет некоторых дестабилизирующих факторов, сигнал ошибки частично запирает составной транзистор и падение напряжения на нем увеличивается, что ведет к уменьшению выходного напряжения, благодаря чему возрастает стабильность выходного напряжения.

Аналоговые коммутаторы предназначены для распределения во времени сигналов, поступающих на обработку от нескольких источников. В основе построения этих ИС лежит схема электронного ключа на базе биполярного или полевого транзистора. Широкое распространение получили коммутаторы на базе МДП-транзисторов, включаемых последовательно между источником сигнала и потребителем и работающих в линейном режиме. Для того чтобы пропускать положительную и отрицательную полуволны, коммутатор состоит из двух МДП-транзисторов, один из которых имеет встроенный электронный канал, а другой — встроенный дырочный.

Аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи предназначены для преобразования, соответственно, аналоговых сигналов в цифровые и цифровых сигналов в аналоговые. Эти преобразователи выполняют в виде больших интегральных схем (БИС), содержащих несколько тысяч элементов, из которых образуются аналоговые и цифровые узлы, обеспечивающие генерирование эталонных напряжений, коммутацию аналоговых сигналов, сравнение аналоговых сигналов с эталонными напряжениями, усиление и преобразование сигналов, масштабирование, запоминание и целый ряд других операций. Все это осуществляется с высокой точностью и высоким быстродействием.

Специализированные ИМС предназначены для использования в бытовой радиоэлектронной аппаратуре. К таким ИМС относятся генераторы электрических колебаний различной формы, детекторы амплитудно-модулированных и частотно-модулированных колебаний, усилители и преобразователи частоты.