Характеристики операционных усилителей
Эта интегральная схема имеет много характеристик, которые подходят к тем, которые считаются идеальными.
Идеальный операционный усилитель
Поскольку операционный усилитель имеет такие характеристики, которые близки к идеалу, довольно легко проектировать и строить схемы с использованием операционного усилителя IC. Не менее важно то, что компоненты схемы ОУ могут выполняться на теоретических уровнях, которые были предсказаны. В этой статье мы рассмотрим схемы анализа, содержащие операционные усилители, как использовать эти операционные усилители для проектирования усилителей и важные неидеальные характеристики операционных усилителей.
Вспомогательная информация
- Практические соображения Op-Amp
- Базовая настройка усилителя
Операционный усилитель имеет три терминала: два входных терминала и один выходной терминал. Рисунок ниже, рис. 1.1 иллюстрирует символ, используемый для op-amp, обсуждаемый в этой статье. Два терминала на левой стороне операционного усилителя, 1 и 2, являются двумя входными клеммами, а с правой стороны клемма 3 является выходным разъемом. Для работы усилителя необходимо подключить его к источнику питания постоянного тока. Вообще говоря, большинству интегральных схемных усилителей требуется не один, а два источника питания постоянного тока, как показано на рис. 1.2. Эти два терминала 4 и 5 подключены к источнику положительного напряжения V cc и источнику отрицательного напряжения V ee соответственно. На рисунке 1.2 (b) показаны источники питания постоянного тока как батареи, имеющие общий источник заземления. Источник заземления, к которому подключены два источника питания постоянного тока, на самом деле является общим терминалом двух источников питания. Интересно, что это происходит потому, что ни один терминал в пакете op-amp физически не подключен к земле. Для простоты в этой статье источники питания op-amp не будут проиллюстрированы.
Рис. 1.1 Символ Op-amp
Рис. 1.2. Подключения к усилителям постоянного тока
Помимо пяти обсуждаемых до сих пор терминалов, операционный усилитель может иметь другие терминалы для конкретных целей. Такие цели могут быть для компенсации частоты и отрицательной обратной связи или обнуления нуля, что уменьшает небольшие смещения постоянного тока, которые могут быть усилены.
Вводя характеристики идеального рабочего усилителя
Рассматривая фактические функции схемы внутри операционного усилителя, мы видим, что она предназначена для определения разницы между сигналами напряжения, которые применяются непосредственно к двум входным клеммам (разность v 2 - v 1). Как только эта величина будет найдена, она затем умножается на число А, и, в свою очередь, напряжение приводит к члену A (v 2 -v 1). Отсюда, когда напряжение относится к терминалу, оно означает напряжение между этим отдельным терминалом и землей; следовательно, v 1 - напряжение, приложенное между клеммой 1 и землей.
Идеальный операционный усилитель не должен выделять ток для входа; смысл, ток в терминал 1 и сигнал в терминал 2 равны нулю. Это означает, что входной импеданс идеального ОУ должен быть бесконечным.
Теперь, фокусируясь на выходном терминале, он должен действовать так, как если бы он был терминалом идеального источника напряжения. Проще говоря, напряжение на клемме 3 и заземлении всегда будет равно A (v 2 - v 1) и не зависит от тока, который может быть или не может быть выведен из третьего терминала в импеданс нагрузки.
При всем этом заявлено, что модель может быть показана для ОУ, показанного на рис. 1.3. Посмотрев на модель, можно видеть, что выходной терминал имеет тот же знак, что и v 2, но противоположный знак v 1. Имея это в виду, входной терминал называется инвертирующим входным терминалом, обозначаемым знаком «-», в то время как входной терминал 2 называется неинвертирующим входным терминалом и обозначается знаком «+».
Как указывалось ранее, операционный усилитель предназначен для определения разницы между сигналами напряжения и игнорирует любой сигнал, который является общим для обоих входов. Это означает, что если v 1 = v 2 = 1 V, то выход будет соответственно (идеальным) равным нулю. Это явление также известно как то, что называется отказом синфазного режима. Это также можно указать как нулевое усиление синфазного сигнала или, аналогично, бесконечное отклонение в синфазном режиме. На данный момент мы можем сказать, что операционный усилитель представляет собой дифференциальный вход, односторонний выходной усилитель, причем последний термин относится к тому, что выход этого операционного усилителя лежит между землей и терминалом 3.
Рисунок 1.3. Модель схемы идеального ОУ
Термин А является тем, что называется дифференциальным коэффициентом усиления. Известно, что это потому, что это желаемый коэффициент усиления ОУ, когда к двум входам применяются разные сигналы, 1 и 2. Другое имя, которое мы можем связать с этим термином, - это усиление с разомкнутым контуром. Это усиление может быть получено, если в операционном усилителе IC отсутствует обратная связь. Обычно коэффициент разомкнутого контура имеет исключительно высокое значение; идеальный операционный усилитель фактически имеет бесконечный коэффициент усиления в разомкнутом контуре.
Одной из характеристик, которая стоит отметить операционные усилители, являются усилители постоянного тока или прямой связи, что означает постоянный ток или постоянный ток, поскольку он усиливает сигналы с частотами, близкими к нулю. Учитывая, что операционные усилители представляют собой микросхемы с прямой связью, они гораздо более универсальны, что позволяет использовать их во многих более важных приложениях. Однако прямая связь может вызвать некоторые серьезные проблемы, которые будут обсуждаться позже.
Переходя к полосе пропускания, идеальный ОУ имеет коэффициент усиления А, который будет оставаться постоянным до частоты нуля и вплоть до бесконечной частоты. Другими словами, идеальный усилитель может усиливать сигналы любой частоты с равным усилением, что позволяет им иметь бесконечную полосу пропускания. До сих пор обсуждались все характеристики и свойства идеальных ОУ, кроме одного: коэффициент усиления А идеального ОУ должен иметь значение, которое является большим и бесконечным, в идеале. Однако это дает хороший вопрос: если есть коэффициент усиления бесконечного значения, как можно использовать op-amp в любом приложении? / Технические статьи / The-inverting-configuration-of-the-amplifier / "> Инвертирование конфигурации усилителя