Главная Операционные усилители



некоторой точке, нужно передать как во внешние схемы через гнездо на панели устройства, так и на другую, фактически управляемую часть схемы. Это часто делается для обеспечения возможности одновременного контроля и управления схемой. Если управляющий выход не изолирован от остальной части схемы, то внешнее короткое замыкание соединительных кабелей (вполне вероятная возможность) приведет к тому, что управляющая схема потеряет входной сигнал. В некоторых приборах это приводит к катастрофическим последствиям, но даже если ничего страшного не произойдет, наверняка вызовет раздражение, Неинвертирующий повторитель, включенный между гнездом выхода и, сигнальным печатным проводником, избавит от подобных неприятностей.

Второе основное применение неинвертирующего повторителя с единичным коэффициентом усиления - это преобразование импеданса. Как вы помните из гл. 1, выходной импеданс операционного усилителя обычно очень мал, а входной импеданс очень велик. То, что один и тот же каскад обладает двумя этими свойствами, и позволяет использовать его в качестве преобразователя импеданса.

Если сопротивление источника работающей на каскад схемы формирователя слишком велико для нормального управления входом, то такой повторитель просто необходим. Например, довольно высокое сопротивление источника имеют многие электроды и датчики, используемые в научной аппаратуре. Для предотвращения шунтирования эти устройства должны работать на высокий импеданс. На самом деле, при работе с некоторыми электродами и датчиками, применяемыми в биологии, для получения нужного импеданса на входе усилителя приходится ставить операционный усилитель на полевом транзисторе с р-п-переходом, со сверхвысоким значением коэффициента р или операционный усилитель БиМОП-типа. Для этой цели хорошо использовать устройства типа САЗ 140 и САЗ 160 фирмы RCA. Они имеют входное сопротивление порядка 1,5 ТОм (ЮОм). Кроме того, БиМОП-операционные усилители обеспечивают очень хорошие характеристики по дрейфу и смещению при работе от источника с невысоким значением Vcc-Vee (т. е. ±5В) и особенно при использовании корпуса с кожухом для отвода тепла. Существуют различные схемы типа САЗ 140/3160, стоимость которых изменяется от 1 до 10 долл. Дешевые устройства такого типа, по сути дела, являются высококачественными ИС типа 741, но обеспечивают более качественные характеристики при невысокой стоимости. Устройства, которым присвоены начальные номера, обладают еще более хорошими характеристиками, но стоят несколько дороже. В любом случае эти схемы заслуживают того, чтобы их испробовать, так как следующий шаг ведет к дорогим схемам (порядка 50 долл.). При работе над проектами для гл. 22 автор обнаружил, что эти операционные усилители




Рис. 5 6. Неинвертирующий повторитель с коэффициентом усиления, отличным

от единицы.

часто работают лучше, чем устройства, которые стоят гораздо дороже.

На рис. 5 6 показан неинвертирующий повторитель, обладающий отличным от единицы коэффициентом усиления. В этой схеме делитель напряжения в цепи обратной связи используется примерно так же, как в инвертирующей схеме. Различие состоит в том, что «свободный» конец входного резистора соединен с землей. Некоторые авторы ошибочно задают уравнение для коэффициента усиления в этой схеме в том же виде, как и в инвертирующих схемах. Это выражение справедливо только для больших значений коэффициента усиления. Корректное выражение для всех значений коэффициента усиления имеет вид

Л=1+(/?о.о/вх). (5.18)

Рассмотрите уравнение (5.18) и вы убедитесь в том, что более простой вариант этого уравнения подходит только для случаев, когда коэффициент усиления имеет большое значение. Если коэффициент усиления по напряжению равен 100 или более, то исключение из уравнения (5.18) единицы влечет за собой ошибку в 1 % и менее. С другой стороны, при небольших значениях коэффициента усиления ошибка становится значительной. Если, например, коэффициент усиления должен быть равен 2 и отношение Roc/Rbx устанавливается равным двум, то исключение единицы приведет к ошибке в 50%. Искренне советую для схем неинвертирующих повторителей всегда пользоваться уравнением (5.18) и особенно для таких, в которых коэффициент усиления не превышает 100.

Частотная характеристика

Эта глава называется «Усилители постоянного тока», и вас, наверное, удивляет, что в нее попал раздел, посвященный частотной характеристике. В конце концов, частота имеет отноше-




Рис. 5.7. Подстройка частотной характеристики по переменному току, не затрагивающая усиление по постоянному току.

ние только к схемам, работающим с сигналами переменного тока. Усилитель постоянного тока называется так потому, что он реагирует на сигналы всех частот, вплоть до частот постоянного тока. Однако эти усилители реагируют также на сигналы переменного тока в диапазоне частот, определяемом верхним пределом частоты среза. Для недорогих, безусловно стабильных (т. е. частотно-скомпенсированных) операционных усилителей, таких, как усилители класса 741, этот верхний предел имеет порядок 10 кГц или несколько ниже. Частотная характеристика высококачественных операционных усилителей может лежать в мегагерцевой области. По крайней мере для одного семейства БиМОП-устройств произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания составляет 5 МГц.

Но не спешите приобрести чудесный дорогой операционный усилитель, обладающий высокой скоростью нарастания выходного напряжения и хорошей частотной характеристикой в диапазоне высоких частот. Если нет крайней необходимости в частотной характеристике, охватывающей широкий диапазон, учтите, что эти «привлекательные» свойства могут вызвать еще более сложные проблемы, чем те, которые преодолеваются за их счет. В большинстве научных приборов, наверное, во всех устройствах, находящих применение в биологии, используются низкочастотные схемы, так как сигналы и колебания не должны претерпевать здесь быстрых изменений. Характеристики недорогого операционного усилителя типа 741 обычно вполне удовлетворяют требованиям. Проблему, связанную со слишком широкой частотной характеристикой, оставим до главы, где разрешаются эти затруднительные вопросы, сейчас же поговорим о том, как приспособить частотную характеристику операционного усилителя к своим собственным нуждам.

Частотную характеристику можно сформировать с помощью jRC-цепи, включенной в петлю обратной связи, как показано на



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


0.0127