This is a TEST;doc

Электроника и МПТ
Операционные усилители (ОУ)
Операционный усилитель – многокаскадный усилитель с дифференциальным
входом, предназначенный для выполнения математических операций с
аналоговыми сигналами.
В иностранной литературе имеет
сокращение OpAmp от
английского Operational Amplifier
Устаревшее обозначение ОУ
(зарубежное обозначение)
Условное графическое обозначение ОУ
Обозначение ОУ согласно
ГОСТ 2.759-82
на примере К140УД6
Упрощенное
обозначение ОУ
1
Операционные усилители (ОУ)
По своим параметрам и свойствам ОУ приближен к
идеальному усилителю напряжения:
– входное сопротивление Rвх;
Назначение выводов ОУ
–
–
–
–
–
выходное сопротивление Rвых0;
коэффициент усиления по напряжению A;
идеальная симметрия;
ширина полосы пропускания ;
задержка выходного сигнала отн. входного tзад0.
Свойства реального ОУ:
• A = 103105 (Aтип = 100 000);
• Rвх= 1061012 Ом (Rвх тип = 10 МОм);
• Rвых = 150300 Ом (Rвых тип импорт = 75 Ом).
Схема замещения ОУ
2
Операционные усилители (ОУ)
Функциональная схема ОУ
Обычно ОУ обладают невысокой выходной мощностью и не допускают
подключение нагрузки менее 1-2 кОм.
3
Операционные усилители (ОУ)
Внутренняя схема ОУ
4
Операционные усилители
Основные характеристики и параметры ОУ
Характеристики ОУ:
• амплитудная характеристика (АХ);
• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);
• фазо-частотная характеристика (ФЧХ);
• переходная характеристика (ПХ).
Параметры ОУ:
• основные;
• эксплуатационные (в т.ч. предельно-допустимые).
Предельно-допустимые параметры – предельные значения
эксплуатационных
параметров,
обеспечивающие
заданные
надежность и параметры ОУ.
5
Основные характеристики ОУ
Амплитудная характеристика Uвых = F(Uвх) при f = const
U вых
A
U вх
6
Основные характеристики ОУ
Амплитудно-частотная характеристика
A= F(f) при Um = const
f1 – частота единичного усиления;
fгр – граничная частота.
A,дБ  20lg A
A
1
10
100
1 000
10 000
100000
A, дБ
0
20
40
60
80
100
7
Основные параметры ОУ
Коэффициент усиления без ОС (А) – коэффициент усиления разностного
сигнала ОУ в отсутствии ООС и соответствует максимальному значению на
АЧХ.
U вых
A
U 2  U1
Aтип = 105
Коэффициент ослабления синфазного сигнала (Косс) – характеризует
способность дифференциального усилителя подавлять синфазный сигнал.
Для идеального (полностью симметричного) ДУ при подаче на входы синфазного
сигнала (одинаковой полярности) U1=U2 справедливо U
 A(U  U )  0.
вых
2
1
У реального ДУ невозможно обеспечить полную симметрию схемы, поэтому при
равенстве входных сигналов U1=U2 на выходе U
 0.
вых
Kосс 
Kсинф
1
  104  105
A
A
Kсинф – коэффициент усиления
синфазного сигнала
Kосс  60  100дБ
1
В зарубежных источниках
M
A
K синф
,дБ M  60  100дБ
8
Основные параметры ОУ
Напряжение
сдвига
(Uсд)
–
напряжение,
появляющееся на выходе ОУ при закороченных
входах.
Напряжение смещения (Uсм, мВ) – значение
постоянного
напряжения, при котором выходное
напряжение сдвига становится равным нулю.
U сд
U см 
A
9
Основные параметры ОУ
Входной ток (ток смещения) ОУ (Iвх,нА) – среднее значение входного тока
управления транзисторами (базовые токи покоя БТ или токи утечки
затворов ПТ) входного дифференциального каскада:
I вх1  I вх2
I вх 
2
I вх1  I вх ОУ
+
Токи либо втекают в ОУ, либо
вытекают из ОУ.
Часто на практике токи
принимают равными Iвх1Iвх2 .
I вх2  I вх- ОУ
Наличие входных токов смещения
обусловлено
конечным
значением
входного сопротивления входного ДК.
10
Основные параметры ОУ
Входное сопротивление (Rвх) – величина, равная отношению:
U вх
Rвх 
I вх
Rвх= 1061012 Ом (Rвх тип = 10 МОм)
измеренная со стороны одного из входов ОУ при заземленном другом.
Фактически, это сопротивление между входами ОУ, численно равное входному
дифференциальному сопротивлению.
Выходное сопротивление (Rвых) – отношение изменения выходного
напряжения ОУ к соответствующему изменению выходного тока:
Rвых 
Выходное
сопротивление
характеристике.
U вых
I вых
определяется
по
нагрузочной
(внешней)
Rвых = 150300 Ом (Rвых тип импорт = 75 Ом).
11
Основные параметры ОУ
Параметры, определяющие частотные свойства ОУ
Частота единичного усиления (f1, кГц или МГц) – частота, при которой коэффициент
усиления равен 1 (точка пересечения логарифмической АЧХ с осью частот).
Скорость
нарастания
выходного
напряжения (VU, В/мкс) – характеризует
скорость
отклика
на
ступенчатое
воздействие.
Определяется
по
переходной характеристике:
0,9U 0  0,1U 0
VU 
,
tнар
где tнар, мкс – время нарастания
выходного напряжения от уровня 0,1 до
0,9 от установившегося значения.
Время установления выходного напряжения (tуст, мкс) – время от момента подачи на
вход импульса напряжения до момента последнего вхождения в зону заданной
погрешности (1%, 0,1% или 0,01%).
12
Основные параметры ОУ
Параметры температурного дрейфа
Температурный дрейф напряжения смещения (Uсм, мкВ/0С)
Температурный дрейф разности входного тока (Iвх, нА/0С)
Эксплуатационные параметры ОУ
1. Напряжение питания ( Uпит, В)
Обычно Uпит = от  5В до  18В
2. Средний потребляемый ток (Iпот, мА)
3. Потребляемая мощность (Pпот, мВт)
4. Диапазон рабочих температур (от tmin до tmax, 0С)
5. Максимальные выходное и входное напряжения в линейном режиме
Например, при Uпит =  15В имеем Um вх=Um вых= 10В
6. Напряжение насыщения ОУ (Uнас,В)
зависит от Uпит; величина меньше на 1-2В;
технология Rail-to-rail: (Vcc- 40mV)
7. Максимальный выходной ток (Iпот, мА)
Часто задается минимальным сопротивлением нагрузки Rн
13
Классификация ОУ
1. Универсальные ОУ (широкого применения)
Uсм = 5÷25мВ; VU = 0,5÷5В/мкс; Iн = 2÷30мА
2. Прецизионные ОУ
Uсм < 1мВ; A >100 000
3. Быстродействующие ОУ
VU = 20÷150В/мкс; tуст  1мкс; f1  50МГц
4. Микромощные ОУ
Iпот1мА; Uпит = (±1,5÷±3)В
5. Мощные и высоковольтные ОУ
Iвых  100мА; Uвых  15В
6. Многоканальные ОУ
7. Компараторы
14
Основные компании-производители электронных компонентов
15
Основные компании-производители электронных компонентов
16
Ссылки
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
www.сhipdip.ru
www.youtube.com
www.analog.com
www.ti.com
www.maximintegrated.com
www.intersil.com
www.analog.com
Фолкенберри Л Применения операционных усилителей и
линейных ИС: Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.-572 с., ил.
17