Главная Операционные усилители



Эмиттеры этих двух транзисторов соединены друг с другом и с источником постоянного тока (ИПТ). Хотя для упрощения схемы ИПТ изображен условно, на самом деле он представляет собой два (или более) транзистора, которые смещены таким образом, что ток коллектора одного из них остается постоянным в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки. Выходной сигнал дифференциальной лары снимается с коллектора q2 - точка А. Соотношение между изображенными на схеме токами всегда определяется следующим выражением:

/ипт = /1-Ь/2. (1-7)

Когда входные напряжения Ei и £2 равны друг другу, ток /ипт разделяется на две равные составляющие и Л = /2. При этом напряжение в точке Л принимает статическое значение, или, если хотите, значение напряжения покоя. Это приблизительно половина напряжения Vcc Теперь предположим, что £2 больше Д. Это эквивалентно тому, что на неинвертирующий вход подан сигнал, сделавший его потенциал положительным. В результате Qi будет смещен в большей степени, чем Q2, и ток h превысит ток Д. Так как ток /ипт остается постоянным, то для того, чтобы удовлетворялось уравнение (1.7), увеличение тока h должно сопровождаться уменьшением тока h- Уменьшение тока /2 означает, что уменьшается коллекторно-эмиттерный ток в транзисторе q2, значит падение напряжения на резисторе R2, стоящем в цепи коллектора q2, будет меньше. Напряжение в точке Л -это напряжение питания Vcc минус падение напряжения на /?2, поэтому при уменьшении падения напряжения на R2 оно возрастает. Следовательно, положительное напряжение, поданное нанеинвертирующий вход, приводит к возрастанию напряжения в точке Л. Аналогично если на неинвертирующий вход подать сигнал, делающий его потенциал отрицательным, то мы увидим, что напряжение в точке Л также будет изменяться в отрицательном направлении. Если подавать сигналы на инвертирующий вход, то получим подобные же эффекты, но они будут противоположны тем, что мы описали для неинвертирующего входа.

Простые инвертирующие повторители

На рис. 1.5 показана принципиальная схема простого инвертирующего повторителя, - пожалуй, самая распространенная схема операционного усилителя. В этой схеме для простоты заземлен неинвертирующий вход.

Если операционный усилитель имеет и вход (+), и вход (-), то можно воспользоваться еще одним его свойством:

Входы дифференциального усилителя как бы связаны между собой.

Это значит, что если приложить потенциал к одному вхо-




Рис. 1.5. Принципиальная схема инвертирующего повторителя.

ду усилителя, то другой вход можно рассматривать так, как если бы этот потенциал был приложен и к нему.

В случае с нашим инвертируюш,им повторителем вход (+) заземлен. С учетом указанного выше свойства можно рассматривать инвертирующий вход так, как если бы отоже был заземлен. Поскольку на самом деле вход обладает большим сопротивлением, такое состояние называется мнимым заземлением.

Через входную цепь операционного усилителя протекание тока не происходит, поэтому при составлении уравнений мы будем считать, что вход усилителя заземлен. При составлении уравнений, описывающих передаточную функцию усилителя, это свойство усилителя можно использовать двояко. Сейчас мы познакомимся с методом составления уравнений, который я называю основанным на использовании закона Кирхгофа. Для этого нам понадобятся только те свойства усилителя, которые были описаны ранее, а также тот факт, что выход схемы можно рассматривать как источник напряжения.

Если на вход подать напряжение Ех, то через сопротивление Rex будет протекать ток /вх. Этот ток определяется следующим образом:

/„ = £, ?,„ (1.8)

то есть это уравнение есть не что иное, как закон Ома. При составлении уравнений мы считаем, что вход заземлен, однако не следует забывать, что на самом деле вход усилителя обладает высоким сопротивлением и во входной цепи ток не протекает. Для того чтобы удовлетворялся закон Кирхгофа для токов, нужно создать такой ток (обозначим его/о.с), чтобы полностью скомпенсировать ток /вх. Согласно закону Кирхгофа для токов

/вх + /о.с = 0.

(1.9а) (1.96)



Этот ток протекает через сопротивление цепи обратной связи, к которому приложено выходное напряжение операционного усилителя:

/oc = W?o.c- (1-10)

Подставим в уравнение (1.96) уравнения (1.8) и (1.10) и получим

в уравнении для коэффициента передачи выходное напряжение выражается через входное напряжение и через величину, характеризующую функции схемы. В случае операционного усилителя функцией схемы является усиление, поэтому для получения коэффициента передачи разрешим уравнение (1.11) относительно вых:

E.ьг, = -. (1.12)

В уравнении (1.12) выражение Ro.c/Rbx определяет усиление инвертирующего повторителя по напряжению; оно эквивалентно величине Av в уравнении (1.6). Запомним, что для инвертирующего повторителя коэффициент усиления по напряжению определяется следующим выражением:

Л. = -/?о.с/?вх- (1-13)

Операционный усилитель можно рассматривать также с точки зрения элементарной теории обратной связи. Основное уравнение для коэффициента усиления в усилителе с обратной связью записывается в следующем виде:

где Л„ - коэффициент усиления по напряжению при замкнутой цепи обратной связи; Аур - коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой цепи обратной связи; В - коэффициент ослабления в цепи обратной связи; С-коэффициент ослабления во входной цепи.

Коэффициент усиления при замкнутой цепи обратной связи зависит от выбранного типа усилителя, и величина его устанавливается изготовителем. Коэффициент усиления некоторых недорогих схем составляет всего лишь около 20 000, для большинства же схем он лежит в диапазоне нескольких сотен тысяч. Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи некоторых высококачественных операционных усилителей превышает 1 000 000, в то же время схемы среднего по стоимости семейства усилителей типа 741 могут похвастать коэффициентом усиления около 50 000.



0 1 [2] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0116