Широкополосные и импульсные усилители

Мощные ОУ

Экономичные ОУ с возможностью однополярного питания

Быстродействующие ОУ

Прецизионные ОУ

ОУ общего назначения

Классификация ОУ

Архитектура

При всем разнообразии схем мож­но выделить три основных узла, при­сутствующие во всех ОУ — входной каскад, каскады усиления по напряже­нию, выходной каскад.

Входной каскад в значительной степени определяет входные характеристики - сдвиг по напряжению, ток, сопротивление и емкость. Каскад или каска­ды усиления по напряжению - усиление и динами­ческие характеристики ОУ в целом. Выходной каскад определяет выход­ное напряжение, ток, выходное сопро­тивление. Для сохранения стабильно­сти частотных характеристик при изменении нагрузки выходной каскад стараются выполнять с минимальным выходным сопротивлением.

К ним относятся недорогие ОУ, у которых отсутствуют жесткие требования по дрей­фу, шумам и линейности. Они находят самое широкое применение в схемах формирования сигналов, измерительных устройств, автоматики, а также связи.

К прецизионным относят ОУ с высокими электрическими характеристиками.

Находят применение в схемах измерительных устройств и системах управления.

К этой группе относят ОУ с полосой пропускания более 50 МГц и скоростью нарастания выходного сигнала более 100В/мкс.

К основным областям применения быстродействующих ОУ относятся коммуникации, включая телевидение и сотовую телефонию, устройства формирования и обработки изобра­жений - сканеры, копировальные установки, радиолокационные системы, лазерная техника; видеокамеры, мониторы, измерительная техника.

ОУ в отличие от традиционных двухполярных, используют однополярный источник питания, причем, все чаще, низковольтный. Их распростра­нение связано с применением узлов, совместно использующих аналоговые и дискретные устройства, и устройств с батарейным питанием. От некоторых устройств тре­буется непрерывная работа без заме­ны или зарядки батарей в течение очень длительного времени, достигаю­щего нескольких лет. Поэтому разрабатываются схемы с очень малым потреблением.

К этой группе обычно относят ОУ с выходным током более 100 мА при вы­ходном напряжении не менее ±10 В. Основные области их применения - ис­точники питания, выходные каскады ис­точников сигналов, управление исполни­тельными механизмами следящих систем.

В ряде устройств усиление сигналов необходимо проводить для широкого спектра частот. Амплитудно-частотная характеристика усилителей при этом должна быть равномерной в диапазоне от не­скольких единиц или десятков герц до нескольких десятков и сотен мегагерц. Такие усилители относят к классу широ­кополосных. Преимущественное применение они получили при усилении сигналов сложной, в частности импульсной, формы, характеризующейся широким спектром частот. Усилители, пред­назначенные специально для усиления сигналов импульсной формы, называют импульсными.

Требования широкополосности предъявляются к усилителям ос­циллографов, усилителям импульсных сигналов изображения в телевидении (видеоусилители), а также импульсным усилителям систем автоматического управления и контроля, импульсных систем, связи и т. д.

Часто требуется необходимость гальванической развязки между управляющей схемой и выходными каскадами усилителя мощности. Гальваническая развязка практически полностью исключает влияние выходных каскадов на формирование управляющего воздействия (переходные процессы, возникающие при коммутации мощных нагрузок, приводят к появлению бросков тока и напряжения, которые могут изменять закон формирования управляющего сигнала, либо вызывать ложные срабатывания).

С целью разделения входных и выходных цепей используют изолирующие усилители. Обычно такого рода усилитель состоит из входного ОУ и расположенного за ним ОУ с оптической связью. В этом случае в качестве связующего звена используется оптрон. Через оптрон возможна только прямая передачи сиг­нала, поскольку его входная и выходная цепи полностью изолиро­ваны.

Предварительное усиление создается операционным усилите­лем А1 (рис. 60). С помощью оптрона V1 сигнал передается оконечному усилителю А2.

Рисунок 60 – Схема изолирующего усилителя

В отличие от разделительного конденсатора оптрон в качестве элемента связи обеспечивает передачу сигнала вплоть до ну­левой частоты, т. е. постоянного (условно) напряжения. Изолирующая способность оптрона очень велика, поскольку его работоспособность сохраняется при высоком напряжении ме­жду входом и выходом (порядка десятков киловольт) в диапазо­не частот от 0 до 10... 100 МГц и выше.

Для того чтобы полностью изолировать выход от входа необ­ходимо применять два источника питания и два об­щих провода 0' и 0", не соединенных между собой.