Операционный усилитель для чайников

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать. Что это Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом. На практике, конечно, там числа поскромней.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• LM358 схема включения
• Дифференциальный усилитель
• Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение
• Операционный усилитель
• Операционный усилитель для чайников
• Операционный усилитель принцип работы для чайников
• Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение
• Компараторы, как они работают.
• Дифференциальный вход и операционный усилитель – для новичков в радиоделе

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК ТРАНЗИСТОР УСИЛИВАЕТ — РадиолюбительTV 41

LM358 схема включения

Часто вспоминаю, свое первое знакомство с операционным усилителем ОУ. Я всегда знал, что эти загадочные треугольники на схемах, мне пригодятся по жизни. Однако, долгие бессонные ночи, проведенные за изучением их принципа работы, так ни к чему и не привели. Статей на эту тему много, но, как мне кажется, самые основы не очевидны. Постараюсь подойти немного с другой стороны и развеять страшные тайны ОУ.

Задача: есть источник сигнала, например сигнал с микрофона или звукоснимателя гитары.

Если микрофон подсоединить напрямую к наушникам, то скорее всего вы ничего не услышите, в лучшем случае это будет еле уловимый звук. Представим себе вместо микрофона человека, который пытается поднять тяжелую плиту, естественно это ему не по силам, так же и микрофон не в силах раскачать динамик.

Но если этот человек будет использовать небольшое усилие, чтобы управлять подъемным краном, тогда он сможет поднять любой груз, в пределах грузоподъемности крана.

Аналогом грузоподъемности крана, является мощность усилителя. Смысл усиления должен быть понятен из картинки. Частота и форма сигнала остается такой же, изменяется только амплитуда. Теперь мы знаем, что для того чтобы слышать звук из динамиков нужен усилитель. Пока мы не знаем как он работает и что у него внутри, однако мы уже знаем, что должны быть ножки, на которые подается сигнал, который мы хотим усилить Uвх, а также ножки с которых снимается усиленный сигнал Uвых.

Вопрос до какого напряжения можно усилить сигнал? Потому что, исходный сигнал усиливается за счет внешнего источника. Внешним источником будет являться напряжение питания ОУ. Аналогично подъемный кран не может поднять груз выше своей высоты условимся что не может :. Поэтому напряжение на выходе ОУ превысить напряжение питания не может. В реальности оно даже чуть меньше, чем напряжение питания. Например, для LM напряжение питания составляет от 3 до 32В.

Здесь же тонкий момент, если требуется усилить сигнал, который имеет отрицательные значения,. Остался главный вопрос, как задать коэффициент усиления? Очень просто — делителем напряжения. Но для начала, перейдем к более реальным обозначениям. Следовательно в зависимости от того, на какой вход подается исходный сигнал, различают два типа включения: неинвертирующий усилитель.

В этом случае форма сигнала на выходе не меняется. Сигнал на выходе будет в противофазе с входным. Перейдем от слов к делу. В качестве исходного сигнала взят меандр частотой 1кГц. Сигнал имеет как положительные значения, так и отрицательные середина экрана 0. Амплитуда сигнала 50мВ.

Подключаю ОУ L по схеме неинвертирующего усилителя. Питание однополярное. На выходе ОУ сигнал той же формы, но с большей амплитудой.

Вероятно, не совсем понятно, почему сигнал именно такой амплитуды и почему он сместился вверх. Попробуем разобраться. Почему же сигнал сместился вверх? Вспоминаем недостаток однополярного питания, все что ниже 0 не может быть усилено, поэтому сигнал срезается на 0.

А теперь представьте себе, что если к ножке питания был бы подключен источник отрицательного напряжения подать, допустим -5В, то амплитуда сигнала увеличилась бы вдвое!!! Следовательно громкость бы тоже существенно увеличилась. Собственно это маленькое предисловие, перед началом изучения ОУ, все выше сказанное лишь капля в море, если понравилось — пишите, будем постепенно осваивать и другие применения ОУ, в т. А не на Другими словами говоря, общая разность потенциала между 4-м и м выводами микросхемы должна составить 10 Вольт.

Ну, по поводу двухполярного питания я просто рекомендовал, а вот ошибка именно в последней схеме, где указано, что Вы подаёте на й вывод микросхемы 5 Вольт. На самом деле, если 4-й вывод это земля общий проводник , то на й вывод нужно подавать отрицательное напрядение, т. Переворошил весь инет — и все без толку. Эта статья поражает доступностью.

Другие авторы пишут так научно, что и сами потом частично понимают свою же писанину. Ведь можно сказать, что шляпа-это вещь, имеющая геометрическую форму и т. Зачем, ведь шляпа по-простому, это просто шляпа!

Используйте его и не ошибетесь. Уважаемый автор. Не могли бы вы подробнее описать причины среза клиппинга и как сэтим бороться. Собирал предусилитель с однополярным питанием, как на схеме, появился клиппинг. Ваш e-mail не будет опубликован. Поиск по сайту. Урок 0. Техника безопасности и полезные советы. Урок 2. Резисторы Урок 3.

Конденсатор Урок 4. Урок 4. Биполярный транзистор. Урок 5. Фильтр частот. АЧХ Урок 6. Урок 7. Полевой транзистор. Знакомство с графическим дисплеем. Урок 6. Операционный усилитель. Первое знакомство. Здесь же тонкий момент, если требуется усилить сигнал, который имеет отрицательные значения, то к -Uпит нужно подключать, именно источник отрицательного напряжения, а не землю.

Максим on Roman on Виктор on Артур on Андрей on Дмитрий on Александр on Спасибо за сайт, очень понравилось прочитал уже много статей. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.

Свежие записи. Установка и запуск NodeJs на Raspberry Последние комментарии.

Дифференциальный усилитель

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.

В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями. Начнем сначала.

Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение

Идеальный ОУ будет смоделирован для PSpice как усилитель с высоким входным сопротивлением, нулевым выходным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления по напряжению. Типичные значения этих параметров показаны на рис. Обратите внимание, что напряжение v 1 относится к инвертирующему входу, a v 2 — к неинвертирующему. Эта модель будет служить для анализа на постоянном токе и при низкой частоте. При необходимости мы будем изменять модель, учитывая другие свойства ОУ. Хотя в применении PSpice для анализа простых схем на ОУ нет необходимости, желательно посмотреть, какую информацию дает программа даже в этих ситуациях. Имеются также некоторые ограничения, которые заслуживают нашего внимания. На рис.

Операционный усилитель

Операционные усилители являются одними из основных компонентов в современных аналоговых электронных устройствах. Благодаря простоте расчетов и отличным параметрам, операционные усилители легки в применении. Их также называют дифференциальными усилителями, так как они способны усилить разность входных напряжений. Особенно популярно использование операционных усилителей в звуковой технике, для усиления звучания музыкальных колонок. Из корпуса усилителя обычно выходят пять выводов, из которых два вывода — входы, один — выход, остальные два — питание.

Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM

Операционный усилитель для чайников

Операционный усилитель LM стал одним из самых популярных типов компонентов аналоговой электроники. Этот небольшой компонент может быть использован в самых разнообразных схемах, осуществляющих усиление сигналов, в различных генераторах, АЦП и прочих полезных устройствах. Все радиоэлектронные компоненты следует разделять по мощности, диапазону рабочих частот, напряжению питания и прочим параметрам. А операционный усилитель LM относится к среднему классу устройств, которые получили самую широкую сферу применения для конструирования различных устройств: приборы контроля температуры, аналоговые преобразователи, промежуточные усилители и прочие полезные схемы. Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики , позволяющие создавать много различных устройств.

Операционный усилитель принцип работы для чайников

Дифференциальный усилитель — операционный усилитель, являющийся сочетанием инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Дифференциальные усилители могут определить и усиливать разницу между входными сигналами. Поскольку многие дифференциальные усилители способны определять очень маленькую по величине разницу, они очень часто используются в контрольно-измерительных устройствах. Дифференциальный усилитель состоит из одного операционного усилителя и нескольких резисторов. Отличие дифференциального усилителя от других усилителей состоит в том, что обычно напряжение подается на оба его входа.

Операционные усилители. Виды и работа. Питание и особенности. Операционный усилитель принцип работы для чайников. Операционные.

Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение

Компаратор — это операционный усилитель без обратной связи с большим коэффициентом усиления. Поэтому, если подать на один его вход например инверсный какой то постоянный уровень опорного напряжения, а на другой вход прямой изменяющийся сигнал — выходное напряжение у него изменится скачком, от минимального до максимального в тот момент, когда уровень входного сигнала превысит уровень сигнала опорного напряжения, установленного на другом входе, и наоборот. Компараторы имеют два входа, прямой и инверсный, и в зависимости от желаемого результата, опорное и сравниваемое напряжения, могут подключаться к любому входу. Если входное напряжение на прямом входе, превысит напряжение инверсного входа, выходной транзистор компаратора открывается, если станет ниже — закрывается.

Компараторы, как они работают.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Начинающим Операционные усилители 1

Мысли Автор: dez. Операционный усилитель — универсальное оружие в мире аналоговой схемотехники. С его помощью специалист может сделать очень многое. Но пользоваться этим оружием нужно ещё уметь. Иногда кажется, что достаточно нарисовать волшебный треугольник на схеме, рассыпать вокруг резисторов с конденсаторами, и дело в шляпе.

В усилителях звука для введения обратной связи довольно часто применяют входной каскад, как на рисунке ниже. Рис Усилитель с дифференциальным входом Рассмотрим работу такой схемы.

Дифференциальный вход и операционный усилитель – для новичков в радиоделе

Операционный усилитель — электронная схема усилителя на полупроводниках, в интегральном исполнении имеющего два балансных входа — прямой и инверсный, обладающий высоким коэффициентом усиления.

Интегральное исполнение подразумевает законченную конструкцию усилителя, размещённую в одном корпусе интегральной микросхемы ИМС. Применение операционных усилителей ОУ самое разнообразное — в усилителях различных сигналов, в генераторах сигналов, в частотных фильтрах звукового диапазона, в схемах контроля физических величин температуры, освещённости, влажности, ветра , и т. Работу операционного усилителя можно сравнить с аптекарскими, или технохимическими весами. Весы отклоняются в сторону той чаши, масса груза на которой больше. Если напряжение прямого входа больше, чем инверсного, тогда на его выходе появляется положительное напряжение, в противном случае, когда напряжение инверсного входа больше, чем прямого, — на выходе операционного усилителя будет отрицательное напряжение. Операционный усилитель на принципиальных схемах изображается так же, как на структурных схемах обозначается обыкновенный усилитель— большим треугольником.

Основы электроники. Это устройства, предназначенные для усиления напряжения, тока и мощности электрического сигнала. Простейший усилитель представляет собой схему на основе транзистора. Использование усилителей вызвано тем, что обычно электрические сигналы напряжения и токи , поступающие в электронные устройства малы по амплитуде и возникает необходимость увеличивать их до требуемой величины, достаточной для дальнейшего использования преобразования, передачи, подачи на нагрузку.

Неинвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Главная » Электроника для начинающих » Неинвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Неинвертирующий усилитель  — это, пожалуй, одни из трех самых элементарных схем аналоговой электроники, наряду со схемами инвертирующего усилителя и повторителя напряжения. Он даже проще чем инвертирующий усилитель, поскольку для работы схемы не нужно двухполярное питание.

Обратите внимание на единицу, содержащуюся в формуле. Это нам говорит о том, что неинвертирующий усилитель всегда имеет усиление больше 1, а это значит, что с помощью такой схемы вы не можете ослабить сигнал.

Чтобы лучше понять, как работает неинвертирующий усилитель, давайте рассмотрим схему на операционном усилителе и подумаем, какое будет напряжение на его выходе.

В первую очередь мы должны подумать о том, какие напряжения присутствуют на обоих входах нашего операционного усилителя. Вспомним первое из правил, которое описывает работу операционного усилителя:

Правило №1 — операционный усилитель оказывает воздействие своим выходом на вход через ООС (отрицательная обратная связь), в результате чего напряжения на обоих входах, как на инвертирующем (-), так и на неинвертирующем (+) выравнивается.

То есть, напряжение на инвертирующем входе составляет 3В. На следующем этапе давайте рассмотрим резистор сопротивлением 10k. Мы знаем, какое напряжение на нем и его сопротивление, а значит, из закона Ома мы можем вычислить какой ток течет через него:

I = U/R = 3В/10k = 300мкА.

Этот ток, согласно правилу 2, не может быть взят с инвертирующего входа (-), таким образом, он идет с выхода усилителя.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Правило №2 — входы усилителя не потребляют ток

Ток 300мкА протекает также через резистор сопротивлением 20к. Напряжение на нем мы легко вычислим с помощью закона Ома:

U = IR = 300мкА * 20к = 6В

Получается, что это напряжение и есть выходное напряжение усилителя? Не, это не так. Напомним, что резистор 20к на одном из своих выводов имеет напряжение 3В. Обратите внимание, как направлены напряжения на обоих резисторах.

Ток течет в направлении противоположном направлению стрелки, символизирующей точку с более высоким напряжением. Поэтому к рассчитанным 6В нужно добавить еще 3В на входе. В таком случае конечный результат будет 9В.

Стоит отметить, что резисторы R1 и R2 образуют простой делитель напряжения. Помните, что сумма напряжений на отдельных резисторах делителя должно быть равно напряжению, поступающему на делитель — напряжение не может исчезнуть бесследно и возникнуть из ниоткуда.

В заключение мы должны проверить полученный результат с последним правилом:

Правило №3 — напряжения на входах и выходе должны быть в диапазоне между положительным и отрицательным напряжением питания ОУ.

То есть нам необходимо проверить, что рассчитанное нами напряжение можно получить реально. Часто начинающие думают, что усилитель работает как «Perpetuum Mobile», и вырабатывает напряжение из ничего. Но надо помнить, что для работы усилителя также нужно питание.

Классические усилители работают от напряжения -15В и +15В. В такой ситуации расчетные нами 9В являются реальным напряжением, поскольку 9В находится в диапазоне питающего напряжения. Однако современные усилители часто работают с напряжением от 5В или еще ниже. В такой ситуации нет никаких шансов, чтобы усилитель выдал на выходе 9В.

Поэтому при разработке схем необходимо всегда помнить, что теоретические расчеты всегда должны сверяться с реальностью и физическими возможностями компонентов.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Categories Электроника для начинающих Tags ОУ

Отправить сообщение об ошибке.

Схемы операционных усилителей и анализ цепей

Схемы операционных усилителей — мощный инструмент в современных схемах. Вы можете собрать базовые схемы операционных усилителей для создания математических моделей, предсказывающих сложное поведение в реальном мире. Коммерческие операционные усилители впервые появились на рынке в виде интегральных схем в середине 1960-х, а к началу 1970-х они доминировали на рынке активных аналоговых схем.

Сам операционный усилитель состоит из сложного набора транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов, собранных вместе и построенных на крошечном кремниевом чипе, называемом интегральной схемой. Вы можете смоделировать операционный усилитель с помощью простых уравнений, не заботясь о том, что происходит внутри микросхемы. Вам просто нужны некоторые базовые знания об ограничениях на напряжения и токи на внешних клеммах устройства.

Как рисовать схемы операционных усилителей

В отличие от конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, операционным усилителям для работы требуется питание. Операционные усилители имеют следующие пять ключевых выводов, показанных здесь:

.

• Положительная клемма, называемая неинвертирующим входом v _P

• Отрицательная клемма, называемая инвертирующим входом v _N

• Выходная клемма в результате подачи напряжения между неинвертирующим и инвертирующим входами: v _O = A ( v _P – v _N 377)

• Положительная и отрицательная клеммы источника питания, обычно обозначенные как + В _CC и – В _CC и необходимые для правильной работы операционного усилителя

Хотя многие операционные усилители имеют более пяти выводов, эти выводы обычно не отображаются символически. Кроме того, чтобы уменьшить беспорядок при исследовании схемы операционного усилителя, источники питания обычно также не отображаются.

Когда на схеме ОУ не показаны блоки питания, не забывайте, что блоки питания задают верхний и нижний пределы выходного напряжения, ограничивая диапазон его напряжения. За исключением потусторонних сил, вы не можете получить больше выходной мощности, чем вы поставляете.

Идеальная схема операционного усилителя и ее передаточные характеристики

Вы можете смоделировать операционный усилитель с зависимым источником, если вам нужны точные результаты, но идеального операционного усилителя достаточно для большинства приложений.

OP AMP усиливает разницу между двумя входами, V _P и V _N , увеличимся A , чтобы дать вам выходной подачу V _{. 6. 6. 6. . :}

Коэффициент усиления по напряжению А для операционного усилителя очень большой — более 10 ⁵ .

Когда выходное напряжение превышает подаваемую мощность, операционный усилитель насыщается . Это означает, что выходное напряжение ограничивается или достигает максимального значения при подаваемых напряжениях и больше не может увеличиваться. Когда это происходит, поведение операционного усилителя перестает быть линейным, а работает в нелинейной области.

Вы можете увидеть эту идею здесь; на левой диаграмме показана передаточная характеристика, а на правой диаграмме показана идеальная передаточная характеристика операционного усилителя с бесконечным коэффициентом усиления. На графике показаны три режима работы операционного усилителя.

У вас есть положительные и отрицательные насыщенные области, показывающие нелинейные и линейные области. Если вы хотите усилить сигналы, вам нужно работать в линейной области. Вы можете математически описать три области следующим образом:

Для выполнения математических функций (таких как сложение и вычитание) операционный усилитель должен работать в линейном режиме. Все показанные здесь схемы операционных усилителей работают в линейной активной области.

Моделирование операционного усилителя с зависимым источником

Если вам нужны точные результаты, вы можете смоделировать операционный усилитель с зависимым источником, управляемым напряжением, как показано здесь. Эта модель состоит из большого коэффициента усиления A, большого входного сопротивления R _I и малого выходного сопротивления Р _О . В таблице показаны идеальные и типичные значения этих характеристик ОУ.

Высокое усиление (или коэффициент усиления) упрощает анализ, позволяя вам не беспокоиться о том, что происходит внутри операционного усилителя. Пока операционный усилитель имеет высокий коэффициент усиления, математические схемы операционного усилителя будут работать. Высокое входное сопротивление потребляет мало тока от цепи входного источника, увеличивая срок службы батареи для портативных приложений. Низкое выходное сопротивление или его отсутствие обеспечивает максимальное напряжение на выходной нагрузке.

Здесь также показан зависимый источник тока, управляемый напряжением. Выход ограничен между положительным и отрицательным напряжениями, когда операционный усилитель работает в линейной области.

Изучить основные уравнения для анализа идеальных схем операционных усилителей

Идеальные свойства операционного усилителя составляют два важных уравнения:

Эти уравнения упрощают анализ операционных усилителей и дают ценную информацию о поведении схемы. Почему? Поскольку обратная связь от выходных клемм к одному или обоим входам гарантирует, что v _P и v _N равны.

Чтобы получить первое ограничение, предположим, что линейная область операционного усилителя регулируется, когда выходной сигнал ограничен напряжением питания следующим образом:

Вы можете изменить уравнение, чтобы ограничить ввод до v _P – v _N :

Для идеального операционного усилителя коэффициент усиления A равен бесконечности, поэтому неравенство принимает вид

Следовательно, идеальный операционный усилитель (с бесконечным усилением) должен иметь это ограничение:

Операционный усилитель с бесконечным коэффициентом усиления всегда будет иметь одинаковое неинвертирующее и инвертирующее напряжения. Это уравнение становится полезным при анализе ряда схем операционных усилителей, таких как неинверторный операционный усилитель, инвертор, сумматор и вычитатель.

Другое важное уравнение для операционного усилителя рассматривает входное сопротивление R _I . Идеальный операционный усилитель имеет бесконечное сопротивление. Это означает, что никакие входные токи не могут поступать на операционный усилитель:

Уравнение говорит о том, что входные клеммы операционного усилителя действуют как разомкнутые цепи.

Вам необходимо соединить выходную клемму с инвертирующей клеммой, чтобы обеспечить отрицательную обратную связь, чтобы операционный усилитель работал. Если вы подключаете выход к положительной стороне, вы обеспечиваете положительную обратную связь, что не очень хорошо для линейной работы. При положительной обратной связи операционный усилитель либо насыщается, либо вызывает колебания на выходе.

Операционные усилители для линейных схем: возвращение к основам

Загрузите эту статью в формате PDF.

Операционные усилители являются основными строительными блоками для большинства линейных схем. Вы, вероятно, узнали о них в колледже и даже разработали некоторые продукты, содержащие операционный усилитель. Вам, как инженеру-электронщику, в какой-то момент вашей карьеры, возможно, понадобится спроектировать линейную схему.

Если вы не являетесь продвинутым проектировщиком линейных или аналоговых схем, возможно, лучший способ удовлетворить ваши потребности в линейном проектировании — это использовать операционный усилитель. Эти ИС широко доступны, недороги и могут быть сконфигурированы сотнями, если не тысячами способов, чтобы удовлетворить большинство линейных требований. Вот сводка и обновление об этих универсальных устройствах.

 Рекламные ресурсы: 

• Что такое операционный усилитель?
• 3 распространенных вопроса при проектировании быстродействующих операционных усилителей
• Электронная книга «Сигнал» — 32 урока по работе с операционным усилителем

Предыстория

Современный операционный усилитель на интегральных схемах создан на основе старых ламповых конструкций, используемых в аналоговых компьютерах. Аналоговые компьютеры программировались путем настройки операционных усилителей различными способами для реализации различных математических функций (суммирование, интегратор и т. д.). Затем вы подключили их для имитации системы, которую проектируете.

Затем появились транзисторные операционные усилители. Операционные усилители на интегральных схемах появились в конце 1960-х — начале 1970-х годов. Популярность ОУ значительно выросла. Сегодня доступны сотни типов и вариаций практически для любой линейной конструкции.

В этой статье объясняются основные принципы работы операционных усилителей общего назначения с обратной связью по напряжению. Кроме того, он указывает на некоторые особенности, которые следует искать в быстродействующих операционных усилителях.

Операционные усилители 101

Операционный усилитель — это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень высоким коэффициентом усиления, высоким входным сопротивлением и очень низким выходным сопротивлением. Добавляя выбранные компоненты обратной связи и входа, вы можете заставить операционный усилитель выполнять невероятное количество основных функций схемы.

На рис. 1 показан знакомый символ схемы операционного усилителя. Знаки + и – обозначают соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы. Выход V _O является функцией входов и коэффициента усиления без обратной связи (A _OL ). A _OL составляет не менее 100K, а значения более 1M являются обычными. Усиление обычно выражается в дБ, например 120 дБ, что соответствует 1 М.

Выходной сигнал можно определить с помощью выражения:

В _O = (В ₂ – V ₁ ) A _OL

Операционные усилители обычно питаются двумя способами: от традиционного двойного источника питания ± или от одного источника питания (рис. 2) . Двойной источник питания позволяет выходному сигналу колебаться как в положительном, так и в отрицательном направлении. Одиночный источник питания смещает один вход, чтобы установить выход посередине между положительным источником питания и землей. Емкостная связь на входе и выходе устраняет любую нежелательную постоянную составляющую.

Напряжение питания, конечно же, определяет пределы размаха выходного напряжения. В биполярных конструкциях выходное напряжение обычно на вольт или около того меньше, чем напряжение питания. В конструкциях CMOS выходное напряжение может быть в пределах милливольт от напряжения питания.

Использование операционного усилителя в Рисунок 1 в разомкнутом контуре не является обычным явлением. Даже при малых входных напряжениях усилитель обычно насыщается при одном из двух пределов выходного напряжения. Например, биполярный операционный усилитель имеет два источника питания 12 В. Максимальный размах выходного напряжения составляет ±10,5 В. Теперь предположим, что V ₁ равно −1,5 В, а V ₂ равно −1,2 В. Предположим, что A _OL составляет _{200K. Выход:}

В _O = [(−1,2) – (−1,5)] 200 000 = (0,3)200 000 = 60 000 В

Это, конечно, невозможно, поэтому на выходе просто устанавливается максимально положительный уровень или +10,5 В.

Базовые схемы

На рис. Обратная связь по существу делает схему практически независимой от коэффициента усиления разомкнутого контура операционного усилителя и других факторов. Внешние компоненты по существу определяют работу схемы. Вы, вероятно, уже знакомы с этими схемами, поскольку использовали некоторые варианты в своей работе.

Имейте в виду, что при разработке может потребоваться учитывать другие характеристики операционных усилителей. К ним относятся входное напряжение смещения и ток, подавление синфазного сигнала, отсечка частоты единичного усиления, шум и скорость нарастания. Некоторые из этих спецификаций часто можно игнорировать, потому что они настолько низкие и минимально инвазивные.

Три распространенные проблемы при проектировании с использованием быстродействующих операционных усилителей

Операционные усилители имеют фиксированную характеристику полосы пропускания (GBW), которая определяет частотную характеристику устройства. На рис. 4 показан один пример. Обратите внимание, схема усиливает постоянный ток; спад переменного тока обычно составляет 20 дБ/декаду. Максимально возможная частотная характеристика достигается при единичном (0 дБ) усилении. Предположим, что GBW составляет 1000 МГц. Если вы установите усиление на 100, частота среза составит 10 МГц.

Быстродействующие операционные усилители обычно определяются как операционные усилители с полосой усиления 50 МГц или более. Каковы правила или протоколы работы с высокоскоростным усилителем?

1. Некоторые быстродействующие операционные усилители имеют характеристики минимального коэффициента усиления. Почему?

Такие операционные усилители, которые считаются декомпенсированными, имеют второй полюс на кривой отклика выше 0 дБ. В результате для обеспечения стабильности усилителя необходим минимальный коэффициент усиления.

2. Что такое усилители тока?

В этих усилителях используется обратная связь по току вместо обратной связи по напряжению, как в большинстве распространенных конфигураций операционных усилителей. Основное преимущество использования современного операционного усилителя заключается в том, что полоса пропускания не зависит от коэффициента усиления.

3. Почему быстродействующие операционные усилители генерируют колебания, когда я использую их в качестве макета?

Это вызвано слишком большой паразитной емкостью и индуктивностью, что приводит к нежелательной обратной связи. Эту проблему обычно можно устранить, выполнив один или несколько следующих шагов:

• Все выводы компонентов и соединительные провода должны быть как можно короче. Уменьшите длину всех соединительных проводов и выводов компонентов.
• На печатных платах сократить длину дорожек.
• Уменьшение паразитных составляющих за счет улучшенной маршрутизации пути прохождения сигнала; свести к минимуму использование переходных отверстий.
• Используйте заземляющие пластины, но удалите медь под входами и выходами.
• Используйте большое количество обходных конденсаторов и держите их рядом с микросхемами.