Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Одна из интересных тем электроники – Операционные Усилители. Очень интересные радиокомпоненты, позволяющие решать легко многие трудноразрешимые задачи. ОУ – это радиоэлектронное устройство ( микросхема ) выполненное в основном на транзисторах, очень сложное по внутреннему строению и в то же время простое в применении устройство.
ОУ на начальном этапе развития электроники разрабатывался как основной узел Аналоговой Вычислительной Машины. АВМ очень интересное направление техники и при всех успехах цифровых ЭВМ без аналоговых вычислителей техника не обходится! В качестве простого устройства, содержащего АВМ, можно назвать любой радиоприёмник, в схеме которого есть система Автоматической Регулировки Усиления. Вот именно АРУ является простейшей АВМ.
В составе электронных АВМ Операционный Усилитель не единственное устройство. Но рассмотрим более подробно именно это устройство. АВМ мы строить не будем, но применять ОУ в разработках будем и для этого изучим основные каскады на ОУ.
Основы теории ОУ начали разрабатывать давно, тогда электроника только начинала делать свои первые шаги, а первые ОУ на лампах появились в 50-х годах прошлого столетия. Для ОУ были разработаны ИДЕАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, но к сожалению в жизни ничего идеального не бывает… При разработке новых ОУ стремятся получить «почти идеальные» и в большинстве, решаемых задач получаются нормальные результаты.
Так какие же функции может выполнять ОУ и какие задачи решать?
Практически все ОУ имеют два входа: неинвертирующий ( + ) и инвертирующий ( - или круг ), но есть и исключения, когда неинвертирующий вывод соединен с «землёй» питания внутри микросхемы и не выведен.
Бесконечный коэффициент усиления недостижим, но уже больше 100 000 раз ( >100 db) не является пределом. Обычно достаточно от 5000 до 50 000 раз.
Входные сопротивления достигают также приемлемых величин за счет применения полевых транзисторов с изолированном затвором, а уменьшение выходного сопротивления достигается за счет применения мощных ( в разумных пределах ) транзисторов на выходе ОУ. Полоса частот усиливаемых напряжений: от постоянного до определённых частот, определяемых свойствами каждого конкретного ОУ.
Какие же задачи решает ОУ?
Первая задача: усиление напряжения в определённое число раз, зависящее от поставленной задачи и независящее от Ку самого ОУ.
Если ОУ, приведенный на схеме, имеет достаточно большой коэффициент усиления, то Отрицательная Обратная Связь ( ООС ), подаёт усиленный сигнал с выхода на инвертирующий вход ОУ через резистор R1 где он вычитается из входного сигнала, поступающего через резистор R2. Изменяя соотношение величин резисторов, изменяем коэффициент усиления каскада. Если, например, резистор R1 имеет величину 100 кОм, а резистор R2 10 кОм, то каскад даёт 10-и кратное усиление сигнала. Но надо учитывать, что выходной сигнал по амплитуде не должен превышать напряжения ограничения, зависящее от конкретных параметров выбранного усилителя. Обычно это 70…80%% от питающего напряжения.
В данном каскаде ООС так же подаёт усиленный сигнал на инвертирующий вход ОУ, при этом на резисторе R2 создаётся падение напряжения равное напряжению на неинвертирующем входе, но противоположной полярности. В итоге разность потенциалов остаётся равной нулю. Если при равенстве резисторов R2 и R3 резистор R1 имеет величину 100 кОм, а резистор R2 10 кОм, то каскад даёт 11-и кратное усиление сигнала.
Иногда требуется сложить несколько сигналов с заданным коэффициентом усиления для каждого сигнала. Для этого существуют сумматоры сигналов, имеющие несколько входов. Количество входов и коэффициент усиления каждого зависит от решаемой задачи.
Пять основных схем на ОУ позволяют решить множество задач и построить большое количество различных каскадов. Всё зависит от вариантов ООС, но надо помнить, что при очень высоком коэффициенте усиления ОУ ООС может при определённых условиях стать ПОС ( Положительной Обратной Связью ) и усилительный каскад превратится в генератор. Иногда генерация может возникать только на пиках сигнала, а иногда каскад генерирует сразу при включении сигнала. Данный фактор необходимо учитывать при разработке печатной платы ( расположение радиоэлементов вокруг ОУ, длина и сечение проводников ). Очень интересная область для творчества, особенно когда маленький ОУ становится частью большого и мощного ОУ в качестве высококачественного усилителя Звуковой Частоты.
И в то же время ПОС придаёт каскаду и желаемые свойства превращая его в генератор или компаратор. Но об этом в следующем материале.
И как обещал, показываю очередные «МИНЫ» - они не очень опасные, но показывают, как авторы относятся к подготовке своих материалов.
Сигнал может быть инвертируемый, а вход инвертирующий и ещё и обозначены наоборот!
Надеюсь, что мои читатели учатся на чужих ошибках, а не на своих!
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!
