2014-02-24
1034
Микросхемы «Интегральные операционные усилители» (ИОУ) построены на основе транзисторных дифференциальных усилителей постоянного тока. Поэтому они могут работать как на постоянном токе (напряжений), так и на переменном токе (напряжений) любой формы в широком диапазоне частот. Интегральный операционный усилитель по своим параметрам и характеристикам можно считать идеальным усилителем. Поэтому он составляет основу всей аналоговой электроники. Их изготавливают по специальной микроэлектронной технологии в виде монолитных интегральных схем, которые по габаритам и цене почти не отличаются от транзистора. Поэтому реализация различных функциональных блоков на основе ИОУ оказывается значительно проще, дешевле и надежнее, чем на отдельных транзисторах. Это и предопределило их широкое применение в различных областях электроники для создания различных устройств преобразования сигналов.
Интегральные операционные усилители имеют большой по величине коэффициент усиления, что позволяет использовать глубокую ООС, при которой выполняется условие. А это значит, что коэффициент усиления усилителя, построенного на ИОУ, охваченном глубокой ООС, зависит только от параметров цепи отрицательной обратной связи, т. е.. Следовательно, свойства и параметры такого усилителя определяются структурой и параметрами цепи обратной связи. При соответствующих структуре и параметрах цепи обратной связи операционный усилитель может выполнять определенные математические операции - суммирования, вычитания, дифференцирования, интегрирования и др. Поэтому такие усилители и называют операционными.
На рис. 1 показано стандартное условное обозначение ИОУ в схемах.
Рис. 1
На рис. 1 знак указывает на то, что это усилитель, а знак ∞ обозначает, что усилитель имеет большой коэффициент усиления. Так как ИОУ является дифференциальным усилителем, то у него имеются два входа (слева вверху) и один выход (справа вверху). Вход с кружочком - инвертирующий вход (кружок - знак инверсии), а без кружочка - неинвертирующий. Выводы U1, U2и OУ служат для подключения к ИОУ напряжений источника питания: U1 — +Un1, U2 — -Un2, OV — общий провод источника питания. Выводы FC служат для подключения внешней схемы частотной коррекции ИОУ, а выводы NC- для подключения внешней схемы балансировки (коррекции «О»).
Применение стандартного обозначения ИОУ обязательно во всех официальных документах и схемах.
Однако в учебных целях далее мы будем использовать более | удобное для понимания и запоминания тоже стандартное обозначение в виде треугольника, которое ранее получило широкое распространение в отечественной и переводной литературе (рис. 2).
Рис. 2
На рис. 2 показано условное обозначение ИОУ в виде тре угольника, как было уже сказано, интегральный операционный усилитель имеет два входа и один выход.
Один «вход Н» - неинвертирующий, при подаче на который входного напряжения Uвх1 напряжение Uвых будет «в фазе» с Uвх1(одной полярности), как это видно из рис. 3а.
| Рис. 3б |
Другой «вход И» - инвертирующий, при подаче на который входного напряжения Uвх2 выходное напряжение Uвых будет «в противофазе» с Uвх2 (противоположной полярности), как это видно из рис.3б.
В общем случае Uвых пропорционально разности входных напряжений Uдф= Uвх2 – Uвх1.
Операционный усилитель питается от двух источников питания с одинаковыми напряжениями Un1 и Un2, чаще всего величиной 15В каждое. Входные напряжения Uвх1 и Uвх2 подключаются, а выходное напряжение Uвых снимается относительно общего провода, подключенного к общей точке А соединения выводов источников питания (рис.2). На принципиальных электрических схемах устройств обычно указывают только входные и выходные клеммы (выводы).
Работа ИОУ характеризуется несколькими параметрами и характеристиками. Рассмотрим основные из них.
Передаточная характеристика (ПХ) ИОУ (часто называемая амплитудной характеристикой АХ)
Uвых = КuUдф = Ku (Uвх2 – Uвх1)
где Кu – коэффициент усиления по напряжению.
На рис. 4 приведена передаточная характеристика (ПХ) типового
ИОУ.
Рис. 4
Линейная часть передаточной характеристики является рабочей частью ПХ усилителя. Следовательно, коэффициент усиления ИОУ определяется тангенсом наклона ПХ к оси Uдф, т. е.
Для типовых ИОУ коэффициент усиления Кu имеет величину в пределах 104 106.
Идеальная ПХ проходит через нулевую точку (сплошная линия на рис. 4) Однако реальная ПХ из-за неидентичности параметров входных цепей обычно смещена в ту или иную сторону на величину Uсм (пунктир на рис.4). Параметр Uсм называется напряжением смещения и составляет несколько милливольт, если ИОУ изготовлено на базе биполярных транзисторов, или несколько десятков милливольт, если ИОУ изготовлено на базе полевых транзисторов. Для смещения реальной ПХ в нулевую точку при Uвх1 = 0 и Uвх2 = 0 у многих ИОУ предусмотрены специальные выводы балансировки.
Динамические свойства ИОУ оцениваются по амплитудно- частотной характеристике (АЧХ) или по максимальной скорости нарастания Uвыхпри подаче на вход ступенчатого напряжения максимально допустимой амплитуды. Скорости нарастания V Uвыху различных ИОУ имеют значения 0,3 50 В/мкс. Кроме этих параметров в справочниках указаны и другие параметры, номинальные и предельно допустимые.
Для устранения самовозбуждения усилителей на ИОУ используется частотная коррекция, которая осуществляется путем подключения к пецииальным выводам в корпусе ИОУ внешних конденсаторов и резисторов. Для различных ИОУ используются свои цепи частотной коррекции, указанные в справочниках. В некоторых ИОУ имеется внутренняя коррекция. В табл. 1 приведены параметры некоторых типов ИОУ.
Таблица 1
| Параметр | Тип ИОУ | |||
| 140УД6А | К157УД2 двухканальный | 574УД1Б быстродействующий | 153УД1 | |
| Uпит, В | ||||
| Iпот, мА, не более | 2,8 | |||
| КU | ||||
| Iвх, мкА, не более | 0,03 | 0,5 | 0,0005 | 0,6 |
| Uсм, мВ, не более | ||||
| Uвых, В, не менее | ||||
| Rвх, кОм, не менее | - | |||
| Rвых, Ом, не более | - | - | - | |
| Rн, кОм, не менее | 2,0 | 1,5 | 2,0 | 2,0 |
| Частотная коррекция | внутренняя | внешняя | внутренняя | - |
