1 Расчёт инвертирующего операционного усилителя

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Борисовский государственный

политехнический колледж»

Методические указания к практическим работам

по дисциплине

«Электронная техника»

Составитель: преподаватель дисциплины:

А. Е. Лютаревич

2011

Практическая работа № 1

Расчёт схем инвертирующего и

неинвертирующего ОУ

Цель работы: научиться рассчитывать схемы инвертирующего и неинвертирующего операционного усилителей с подбором стандартных элементов схемы из справочной литературы.

Краткие теоретические сведения

Операционный усилитель (ОУ) — это усилитель с гальваническими связями, имеющий большой коэффициент усиления и работающий в схемах с глубокой обратной связью.

ОУ имеет большое входное сопротивление (десятки-сотни кОм), малое вы­ходное сопротивление (сотни Ом), большой коэффициент усиления по напряжению (до 10 — 10), малую мощность потребления (десятки мВт), нулевые потен­циалы на входных и выходных клеммах при отсутствии входных сигналов, малый температурный дрейф нулевого уровня (единицы мкВ/ ºС ). Полоса пропускания ОУ простирается от постоянного тока, до сотен МГц.

Особенность ОУ — наличие двух входов: инвертирующего и неинвертирующего и одного (редко двух) общего выхода. При подаче на инвертирующий вход (обозначается знаком минус и кружочком в точке подключения) сигнала происхо­дит изменение его полярности, например, при подаче положительного импульса на выходе появляется отрицательный импульс. Сигнал, поступающий на неинвер-тирующий вход (обозначается обычно знаком плюс), появляется на выходе без изменения полярности.

Питание ОУ производится от двух соединенных последовательно источников питания +Е_П и -Е_П, средняя точка при этом заземляется на корпус. Существуют также ОУ с однополярным питанием от одного источника.

На основе ОУ строят различные функциональные преобразователи аналого­вых сигналов: масштабные, интегрирующие, компараторы (схемы, реализующие аналоговое сравнение двух сигналов) и другие.

В инвертирующем ОУ, схема которого представлена на рисунке 1, напряжение U_ВХ подается на инвертирующий вход, из-за чего выходное напряжение будет инвертировано относительно входного.

Резисторы R_ОС, R₂, R₁ осуществляют в этой схеме параллельную обратную связь по напряжениию, т.е. с выхода усилителя на его вход подается обратной связи:

где коэффициент передачи цепи обратной связи.

Неинвертирующий вход ОУ через резистор R₂ соединен с корпусом, т.е. имеет нулевой потенциал. Входное сопротивление ОУ будет фактически равно сопротивлению резистора R

1, а входной ток:

Коэффициент усиления ОУ при инвертирующем включении К_ин определяется отношением сопротивление резисторов в цепи обратной связи и равен:

Синфазный сигнал на входах схемы на рисунке 1 отсутствует, т. к. потенциал каждого из его входов равен нулю. Через входы реальной ИМС ОУ проходят токи, влияние которых на выходные напряжения не будут ощущаться при равенстве напряжений, создаваемых этими токами в симметричных цепях. Следовательно, сопротивления в цепях входов ОУ должны быть равными, то есть в схеме на рисунке 1 R

1=R₂

В неинвертирующем ОУ, схема которого приведена на рисунке 2 сигнал U_ВХ поступает на неинвертирующий вход, благодаря чему U_BbIX синфазно U_BX. Напряжение на выходе ОУ равно сумме напряжение на резисторах R_ОС и R_1.

Коэффициент усиления неинвертирующего ОУ:

Входное сопротивление в таком усилителе велико, т.к. между входами ИМС приложено напряжение U₀=0 и через схему проходит весьма незначительный входной ток, т.е :

где: коэффициент передачи цепи обратной связи.

Выходное сопротивление ОУ, наоборот, незначительно, как и в инвертирующем ОУ:

где: R

BbIX — выходное сопротивление ИМС.

В неинвертирующем ОУ напряжение обоих входов ИМС приблизительно одинаковы (разность напряжений дифференциального входа Uo=0), они равны напряжению неинвертирующего входа, т.е. на входах ИМС действует синфазный сигнал, значение которого близко к U_BX. Резистор R₂ вводится в схему для создания равного падения напряжений на обоих входах.

1.1 Исходные данные для расчёта

ИМС ОУ К140УД7 с параметрами:

Е_П=±15В;

К_UОУ=30000;

U_вых.max= ±10.5В;

R_вх.ОУ=0,4МОм;

R

вых.ОУ=0,1кОм;

I_вх=0,4мкА;

Разность входных токов ∆I_вх. =0,2мкА;

Требуемый коэффициент усиления напряжения К_U=20;

Минимальное входное напряжение U_вх.min=10мВ.

Определить сопротивления резисторов схемы усиления, входное R_вх. и выходное R_вых. сопротивление усилителя с обратной связью, напряжение U_{вх. max}, при котором не будет искажения сигнала. Сопротивлением нагрузки пренебречь.

1.2 Рассчитываемая электрическая схема

Рисунок 1

1.3 Порядок расчёта

1.3.1 Для упрощения расчёта считаем ОУ идеальным, т.е. К_UОУ = ∞, R_вх.ОУ=∞. Тогда входное сопротивление инвертирующего ОУ R_вх = R₁. Его желательно иметь большим, чтобы не загружать источник входного сигнала. Но разносный ток ∆I_вх создаёт падение напряжения R₁∆I_вх, которое воспринимается ОУ как сигнал.

Чтобы избежать ложного сигнала, необходимо выполнить условие:

(1)

Следовательно,

(2)

Принимая R₁ = 5кОм,

тогда

R₁∆I_вх=5 10³ 0,2 10^-6=1мВ< U_{вх. min}=10мВ

1.3.2 Т.к. коэффициент усиления инвертирующего усилителя

(2)

Тогда сопротивление резистора обратной связи

(3)

1.3.3 Неинвертирующий вход заземлён через резистор R₂, сопротивление которого для снижения величины токового дрейфа R₂

= R_ос//R₁

(4)

4. Входные и выходные сопротивления усилителя при неидеальном ОУ:

(5)

(6)

4. Амплитуда выходного сигнала U_вых.max ≤ 10,5В, значит, амплитуда входного сигнала, при котором не будет искажения

(7)

2 Расчёт неинвертирующего операционного усилителя

2. 1 Исходные данные для расчёта

ИМС ОУ К140УД7 с параметры которого, даны в задаче 1, К_Uн=30;

R_вх.н=5кОм;

Минимальное входное напряжение U_вх.min=20мВ.

Определить сопротивления резисторов схемы усилителя, входное R_вх. и выходное R_вых. сопротивления усилителя с обратной связью, наибольшее значение входного напряжения U_вх.max, при котором сигнал усиливается без искажения. Определить входной ток усилителя.

2.2 Рассчитываемая электрическая схема

Рисунок 2

2.3 Порядок расчёта

2.3.1 Чтобы падение напряжения на резисторе R₂

от разносного тока ∆I_вх не воспринималось как сигнал, необходимо, чтобы

(1)

Следовательно,

(2)

Принимая R₂ = 10кОм, тогда

R₂∆I_вх = 2мВ< U_{вх. min}=10мВ

2.3.2 Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя можно выразить двумя формулами:

(3)

или

(4)

Значит сопротивление резистора обратной связи

(5)

2.3.3Резистор R₁ служит для управления входов:

R_ос//R₁= R₂

(6)

2.3.4 Входные и выходные сопротивления усилителя при неидеальном ОУ:

R_вх =R₂=10 кОм (7)

(8)

2.3.5 Т.к. амплитуда выходного напряжения ОУК140УД7 U_вых.max= ±10.5В, то амплитуда входного напряжения, при котором не будет искажения сигнала

(9)

2. 3.6 Амплитуда выходного тока:

(10)

Содержание отчета:

Отчет по практической работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Исходные данные для расчета согласно своему варианту.

3. Расчетную схему.

4. Выполнение расчетов, сопровождаемое пояснениями к каждому действию.

5. Вывод по работе.

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой операционный усилитель и как ои работает?

2. Из каких основных каскадов состоит микросхема ОУ?

3. Пречислите основные параметры ИМС ОУ и поясните их значения.

4. Начертите схемы инвертирующего и неинвертирующего усилительных каскадов с ОУ и поясните принцип их работы.

Таблица выбора вариантов заданий учащихся для практической работы №1

ИМС ОУ К140УД7

Вариант	KU	Uвх. min, мВ	RН, кОМ
1	20	12	1
2	25	14	2
3	30	16	3
4	35	18	4
5	40	20	5
6	45	22	6
7	50	24	7
8	55	26	1
9	20	28	2
10	25	30	3
11	30	10	4
12	35	11	5
13	40	13	6
14	45	15	7
15	50	17	1
16	55	19	2
17	20	20	3
18	25	21	4
19	30	23	5
20	35	25	6
21	40	27	7
22	45	29	1
Вариант	KU	Uвх. min, мВ	RН, кОМ
23	50	12	2
24	55	14	3
25	20	16	4
26	25	18	5
27	30	20	6
28	35	22	7
29	40	23	1
30	45	24	2
31	50	25	3
32	55	26	4

Расчет операционного усилителя онлайн

Широкое практическое использование ОУ в аналоговых схемах основывается главным образом на применении в них различного рода внешних ОС, чему способствует большое значение коэффициента усиления К оу , а также высокое входное и малое выходное сопротивление ОУ. Высокие качества параметров современных интегральных ОУ позволяют без внесения заметной погрешности при расчете схем на ОУ принимать К uоу , К I оу и R вх. Основными схемами на ОУ являются инвертирующий и неинвертирующий усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики. Также весьма важны схемы компенсации напряжения сдвига.

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:

• Расчет операционного усилителя
• Как работают усилители на операционниках. Дифференциальный усилитель на ОУ (схема и расчёт)
• Дифференциальный усилитель на ОУ. Принцип работы
• Основные схемы включения ОУ
• Амплитудно-частотная характеристика
• Операционные усилители
• Primary Menu
• Операционный усилитель? Это очень просто!

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Лекция 18 Операционный усилитель,. Компаратор.

Расчет операционного усилителя

Приветствую вас дорогие друзья! А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают. Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:. Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом.

Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи ОС.

Действительно какой смысл во входном сигнале если на выходе мы всегда получим максимальное напряжение, но об этом поговорим чуть позже. Действительно операционный усилитель может выдавать значения напряжений как положительной так и отрицательной полярности.

У новичка может возникнуть вопрос о том как же такое возможно? Давайте рассмотрим питание операционника чуток подробнее. Наверное не будет секретом, что для того, чтобы операционник работал, его нужно запитать, то есть подключить его к источнику питания. Но есть интересный момент, как мы убедились чуток ранее операционный усилитель может выдавать на выход напряжения как положительной так и отрицательной полярности. Как такое может быть? А такое быть может! Это связано с применением двуполярного источника питания, конечно возможно использование и однополярного источника но в этом случае возможности операционного усилителя будут ограничены.

Вообще в работе с источниками питания многое зависит от того что мы взяли за точку отсчета то есть за 0 ноль. Давайте с этим разберемся. Допустим у нас есть обычная пальчиковая батарейка батарейка типа АА. У нее есть два полюса плюсовой и минусовой. Здесь все просто и логично. Теперь немножко усложним задачу и возьмем точно такую же вторую батарейку.

Если за точку отсчета будет принят положительный полюс батарейки а измеряющий щуп был подключен к минусу то любой вольтметр нам покажет В. Но если за точку отсчета будет принята точка между двумя батарейками то в результате мы сможем плучить простой источник двуполярного питания. И вы можете в этом убедиться, мультиметр нам подтвердит что так оно и есть. Примеры на батарейках я привел для примера, чтобы было более понятно. И первая схема источника питания для ОУ перед вами.

Она достаточно простая но я немножко поясню принцип ее работы. Затем трансформатор преобразует переменный ток В в такой же переменный но уже в 30В.

Да на вторичной обмотке будет переменное напряжение в 30В но обратите внимание на отвод от средней точки вторичной обмотки. На вторичной обмотке сделано ответвление, причем количество витков до этого ответвления равно числу витков после ответвления. Благодаря этому ответвлению мы можем получить на выходе вторичной обмотки переменное напряжение как в 30 В так и переменку в 15В.

Это знание мы берем на вооружение. Далее нам нужно переменку выпрямить и превратить в постоянку поэтому диодный мост нам в помощь. Диодный мост с этой задачей справился и на выходе мы получили не очень стабильную постоянку в 30В.

Это ответвление мы ведем далее и подключаем между электролитическими конденсаторами и затем между следующией парой высокочастотных кондерчиков. Чего мы этим добились? Мы добились нулевой точки отсчета между полюсами потенциалов положительной и отрицательной полярности. Эту схему конечно можно еще более улучшить если добавить стабилитроны или интегральные стабилизаторы но тем не менее приведенная схема уже вполне может справиться с задачей питания операционных усилителей.

Эта схема на мой взгляд проще, проще в том ключе, что нет необходимости искать трансформатор с ответвлением от середины или формировать вторичную обмотку самостоятельно. Но здесь придется раскошелиться на второй диодный мост. Диодные мосты включены так, что положительный потенциал формируется с катодов диодиков первого моста, а отрицательный потенциал выходит с анодов диодов второго моста.

Упомяну также, что здесь используются разделительные конденсаторы, они оберегают один диодный мост от воздействий со стороны второго. Эта схема также легко подвергается различным улучшениям, но самое главное она решает основную задачу — с помощью нее можно запитать операционный усилитель. Как я уже упоминал операционные усилители почти всегда используют с обратной связью ОС.

Но что представляет собой обратная связь и для чего она нужна? Попробуем с этим разобраться. Если на дороге стало скользко? Ага мы среагировали, сделали коррекцию и дальше двигаемся более осторожно. Без обратной связи при подаче на вход определенного сигнала на выходе мы всегда получим одно и тоже значение напряжения. Оно будет близко напряжению питания так как коэффициент усиления очень большой.

Мы не контролируем выходной сигнал. Но если часть сигнала с выхода мы отправим обратно на вход то что это даст? Мы сможем контролировать выходное напряжение. Надо бы разобраться в чем суть. Положительная обратная связь это когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход причем она часть выходного суммируется с входным. Положительная обратная связь в операционниках применяется не так широко как отрицательная. Более того положительная обратная связь чаще бывает нежелательным побочным явлением некоторых схем и положительной связи стараются избегать.

Она является нежелательной потому, что эта связь может усиливать искажения в схеме и в итоге привести к нестабильности. С другой стороны положительная обратная связь не уменьшает коэффициент усиления операционного усилителя что бывает полезно.

Отрицательная обратная связь это такая связь когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход но при этом она вычитается из входного. А вот отрицательная обратная связь просто создана для операционных усилителей.

Несмотря на то, что она способствует некоторому ослаблению коэффициента усиления, она приносит в схему стабильность и управляемость. В результате схема становится независимой от коэффициента усиления, ее свойства полностью управляются отрицательной обратной связью.

При использовании отрицательной обратной связи операционный усилитель приобретает одно очень полезное свойство. Операционник контролирует состояния своих входов и стремится к тому, потенциалы на его входах были равны. ОУ подстраивает свое выходное напряжение так, чтобы результирующий входной потенциал разность Вх.

Подавляющая часть схем на операционниках строится с применением отрицательной обратной связи! Так что для того чтобы разобраться как работает отрицательная связь нам нужно рассмотреть схемы включения ОУ. Схема компаратора обладает высоким входным сопротивлением импедансом и низким выходным.

Эта схема включения лишена обратной связи. В результате где было 3В так и остается 3В а где был 1В будет -1В. Но стабилитрон отработает и на выход пойдет 5В что соответствует логической единице. Теперь представили, что на вход 2 мы кинули 3В а на вход 1 приложили 1В.

Но у нас стоит стабилитрон и он это не пропустит и на выходе у нас будет величина близкая нулю. Это и будет логический ноль для цифровой схемы. Чуть ранее мы рассматривали такую схему включения ОУ как компаратор. В компараторе сравниваются два напряжения на входе и выдается результат на выходе.

Но чтобы сравнивать входное напряжение с нулем нужно воспользоваться схемой представленной чуть выше. Здесь сигнал подается на инвертирующий вход а прямой вход посажен на землю, на ноль. Но что случится если мы захотим подать напряжение равное нулю?

Такое напряжение никогда не получится сделать, ведь идеального нуля не бывает и сигнал на входе хоть на доли микровольт но обязательно будет меняться в ту или другую сторону. Для избавления от подобного хаоса вводит гистерезист — это некий зазор в пределах которого сигнал на выходе не будет меняться. Этот зазор позволяет реализовать данная схема посредством положительной обратной связи. Представим, что на вход мы подали 5В , на выходе в первое мгновение получится сигнал напряжением в В.

Далее начинает отрабатывать положительная обратная связь. Обратная связь образует делитель напряжения в результате чего на прямом входе операционника появится напряжение -1,36В. Внутри него сигнал в 5В инвертируется и становится -5В, далее два сигнала складываются и получается отрицательное значение.

Сигнал на выходе не изменится пока сигнал на входе не опустится менее -1,36В. Пусть сигнал на входе изменился и стал -2В. Теперь чтобы изменить значение на выходе на противоположное нужно подать сигнал более 1,36В. Такая зона нечувствительности носит название гистерезис. Наиболее простой обладатель отрицательной обратной связи это повторитель. Повторитель выдает на выходе то напряжение, которое было подано на его вход. Но в этом есть смысл, ведь вспомним свойство операционника, он обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным.

Чтобы понять как он работает отмотаете чуток назад, там где мы обсуждали отрицательную обратную связь. Там я упоминал, что в случае с отрицательной обратной связью операционник всеми возможными способами стремится к равному потенциалу по своим входам. Так допустим на входе у нас 1В.

Как работают усилители на операционниках. Дифференциальный усилитель на ОУ (схема и расчёт)

Дорога в десять тысяч ли начинается с первого шага. Дело было вечером, делать было нечего… И так вдруг захотелось спаять что-нибудь. Этакое… Электронное!.. Спаять — так спаять. Компьютер имеется, Интернет подключен. Выбираем схему. И вдруг оказывается, что схем для задуманного сабжа — вагон и маленькая тележка.

рассмотрены конкретные электронные схемы ОУ, примеры расчетов их ха- Первый каскад операционного усилителя — это дифференци- альный.

Дифференциальный усилитель на ОУ. Принцип работы

В методических указаниях представлены теоретические сведения о принципе действия и характеристиках различных полупроводниковых приборов и электронных устройств, применяемых в вычислительной технике. Методические указания содержат материалы для проведения лабораторного практикума по дисциплине «Электротехника и электроника» с применением программной среды Electronics Workbench. Методические указания предназначены для студентов специальностей направления «Информатика и вычислительная техника», а также могут быть полезными для инженеров, занятых схемотехническим моделированием электронных устройств с использованием программной среды Electronics Workbench. Расширенный поиск. Голосов: 2. Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения картинки, формулы, графики отсутствуют. Минпросвещения России.

Основные схемы включения ОУ

Операционный усилитель У неё выход ма. Обычно полевые транзисторы и операционные усилители работают от напряжений больше 5В. В вашем случае может хватить составного биполярного транзистора например КТ или КТ А светодиоды можно в коллектор параллельно через резисторы и от того же источника питания на 5В что и микроконтроллер если конечно источник питания может выдать требуемый ток. С ножки мк на базу резистор с — 10 Ом.

Понятие операционного усилителя. Схемы, применение, классификация.

Амплитудно-частотная характеристика

Операционный усилитель, предназначенный для универсального использования, из соображений устойчивости должен иметь такую же частотную характеристику, как и фильтр нижних частот первого порядка, причем это требование должно выполняться по меньшей мере вплоть до частоты, при которой. Длявыполнения этого требования схема операционного усилителя должна содержать фильтр нижних частот с очень низкой частотой среза. На рис. В комплексной записи дифференциальный коэффициент усиления такого усилителя выражается следующей формулой:. Здесь — предельное значение на нижних частотах. Выше частоты , соответствующей границе полосы пропускания на уровне 3 дБ, модуль коэффициента усиления обратно пропорционален частоте.

Операционные усилители

Электроника является универсальным исключительно эффективным средством при решении самых различных задач в области сбора, преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления. Сфера применения электроники постоянно расширяется. Роль электроники в настоящее время существенно возрастает в связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии. Электроника имеет короткую, но богатую событиями историю, которая составляет чуть более лет. Первый период связан с эпохой вакуумных ламп и с появлением чуть позже ионных приборов.

Интерфейс операционного усилителя с высокоскоростным ЦАП. С помощью табличных расчетов и использования .. eLab™ Webinar [Online].

Primary Menu

Итак, дифференциальный усилитель — это устройство, предназначенное для усиления разности подаваемых на его входы сигналов. Вот сейчас мы построением такого усилителя и займёмся. Рассмотрим схему, построенную на базе операционного усилителя ОУ , приведенную на рисунке справа.

Операционный усилитель? Это очень просто!

Симуляторы электронных схем незаменимы в разработке железа, поскольку позволяют верифицировать предварительные расчёты с использованием моделей электронных компонентов, которые ведут себя подобно железным экземплярам. Традиционно для симуляции применяют программы, подобные симулятору Spice. Мы уже коснулись работы с ним в одной из прошлых статей, теперь же попробуем сотворить более сложные вещи. Мы будем решать довольно простую, но практически значимую задачу: задачу измерения тока с использованием АЦП. А конкретно, аппаратную часть этой задачи: снятие сигнала с шунта и приведение к требуемому диапазону.

Расчет основной схемы операционного усилителя.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Операционные усилители на основе простейших примеров : часть 1 Электроника для начинающих Из песочницы Tutorial В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями. Начнем сначала.

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? В частности по работе операционных усилителей.

Коэффициент усиления операционного усилителя — пояснение Расчетное уравнение » Electronics Notes

Коэффициент усиления

является ключевым аспектом проектирования схем операционных усилителей: расчеты могут выполняться для общих схем или с использованием более конкретных формул для инвертирующих и неинвертирующих усилителей.

---

Учебное пособие по операционному усилителю Включает:
Введение Усиление операционного усилителя Пропускная способность Скорость нарастания операционного усилителя Смещение нуля Входное сопротивление Выходное сопротивление Операционный усилитель с обратной связью по току Понимание спецификаций Как выбрать операционный усилитель Краткое описание схем операционных усилителей

---

Одним из ключевых аспектов рабочих характеристик операционных усилителей и их электронных схем является коэффициент усиления. Операционные усилители сами по себе предлагают огромные уровни усиления при использовании в так называемой конфигурации с разомкнутым контуром.

В условиях разомкнутого контура коэффициент усиления операционного усилителя может превышать 10 000, при этом некоторые операционные усилители имеют уровни коэффициента усиления, превышающие это значение более чем в десять раз. Даже с операционными усилителями одного типа могут быть большие различия в коэффициенте усиления в результате используемых процессов изготовления.

Хотя операционные усилители сами по себе обладают огромным коэффициентом усиления, этот коэффициент редко используется в такой форме для усиления сигнала — его было бы чрезвычайно сложно использовать, так как даже очень слабые входные сигналы могут вывести выходное напряжение за пределы напряжения на шине, что приведет к ограничению или обрезка вывода.

С помощью метода, известного как отрицательная обратная связь в конструкции электронной схемы, огромные уровни усиления могут быть использованы для обеспечения высоких уровней требуемой производительности.

Использование высокого коэффициента усиления операционного усилителя в сочетании с использованием отрицательной обратной связи может позволить общей конструкции электронной схемы иметь ровную частотную характеристику, низкий уровень искажений и очень определенные уровни усиления для всей электронной схемы.

Общее усиление электронной схемы зависит не от фактического уровня усиления ИС, а от внешних компонентов, значения которых можно точно выбрать.

В других схемах операционных усилителей обратная связь может использоваться для обеспечения других эффектов, таких как фильтрация и т.п.

В некоторых случаях может использоваться положительная обратная связь, но обычно это делается определенным образом для достижения определенного эффекта.

Основные сведения об усилении ОУ

Коэффициент усиления схемы операционного усилителя является одним из очень важных факторов, касающихся базового операционного усилителя, а также электронных схем, использующих их.

Высокие уровни усиления позволяют этим операционным усилителям иметь очень высокие уровни производительности за счет использования усиления различными способами. Однако необходимо понимать определения коэффициента усиления для операционных усилителей.

Существует два основных сценария, которые можно рассмотреть при рассмотрении коэффициента усиления операционных усилителей и проектирования электронных схем с использованием этих электронных компонентов:

• Коэффициент усиления без обратной связи:  Эта форма коэффициента усиления измеряется, когда к схеме операционного усилителя не применяется обратная связь. Другими словами, он работает в формате открытого цикла. Показатели усиления для операционного усилителя в этой конфигурации обычно очень высоки, обычно между 10 000 и 100 000. Это коэффициент усиления операционного усилителя сам по себе.

  Цифры часто приводятся в технических описаниях операционных усилителей в единицах вольт на милливольт, В/мВ. Указание усиления в этих терминах позволяет записать усиление в более удобном формате. 10 В/мВ соответствует коэффициенту усиления по напряжению 10 000. Это избавляет от записи многих нулей.

• Усиление замкнутого контура:  Эта форма усиления измеряется, когда работает контур обратной связи, т. е. замкнутый контур. Применяя отрицательную обратную связь, общий коэффициент усиления схемы значительно снижается, и его можно точно настроить до требуемого уровня или для создания требуемого выходного формата, как в случае фильтров, интеграторов и т. д. Можно добавить несколько электронных компонентов. к схеме операционного усилителя для обеспечения необходимой обратной связи.

  Усиление измеряется с замкнутой петлей, и при условии, что существует достаточная разница между усилением разомкнутой и замкнутой петлей, схема будет работать в соответствии с расположенной вокруг нее обратной связью. Другими словами, при условии, что операционный усилитель имеет достаточный коэффициент усиления (который он будет иметь), коэффициент усиления всей схемы определяется отрицательной обратной связью, а не коэффициентом усиления самого операционного усилителя.

  Хотя в аналоговых схемах обычно используется отрицательная обратная связь, в некоторых случаях используется положительная обратная связь. Чаще всего это применяется для компараторов, где требуется вывод на одном из двух уровней. Триггер Шмитта является одним из примеров, когда в систему вводится гистерезис. В этих приложениях следует использовать ИС компараторов, а не операционные усилители, поскольку они предназначены для работы в этом режиме.

Одним из аспектов, тесно связанных с коэффициентом усиления операционного усилителя, является полоса пропускания, которая оказывает огромное влияние на характеристики этих интегральных схем.

Огромный коэффициент усиления операционных усилителей может привести к нестабильности, если не принять меры для обеспечения стабильности операционного усилителя и его схемы даже при применении отрицательной обратной связи.

При уровнях усиления разомкнутого контура, превышающих 10 000 и более, неудивительно, что обратная связь и нестабильность становятся проблемой.

Используется метод, известный как компенсация. В ранних операционных усилителях для добавления компенсации использовались внешние электронные компоненты, но в более поздних микросхемах она была добавлена ​​внутри.

В основном к внутренним элементам операционного усилителя добавляется небольшой конденсатор. Это снижает склонность к колебаниям, но также снижает полосу пропускания без обратной связи.

Усиление операционного усилителя с обратной связью и частотная характеристика.

Хотя полоса пропускания схемы операционного усилителя без обратной связи уменьшается, после применения отрицательной обратной связи для большинства целей может быть достигнуто достаточное усиление уровня с плоской частотной характеристикой.

Подробнее о . . . . Частотная характеристика операционного усилителя, усиление и полоса пропускания.

Общий коэффициент усиления операционного усилителя

Отрицательная обратная связь используется для управления коэффициентом усиления всей схемы операционного усилителя. Существует множество способов применения обратной связи при разработке электронной схемы — она может не зависеть от частоты или может зависеть от частоты, например, для создания фильтров.

Можно разработать обобщенную концепцию применения отрицательной обратной связи. Исходя из этого, могут быть разработаны более конкретные сценарии.

Общая конфигурация отрицательной обратной связи операционного усилителя

Можно рассчитать общую формулу для коэффициента усиления операционного усилителя в схеме:

Vсум=Vin-B Vвых

Затем можно рассчитать выходное напряжение, зная входное напряжение, коэффициент усиления и обратную связь:

Vвых = A Vсум = A Vin-A B Vвых

Теперь это можно использовать для создания общего уравнения усиления операционного усилителя с обратной связью.

VoutVin=G=A1 + AB

Используя это общее уравнение, можно разработать уравнения для более конкретных сценариев. Обратная связь может быть частотно-зависимой или плоской по мере необходимости.

Двумя простейшими примерами схем операционных усилителей, использующих обратную связь, являются форматы для инвертирующих и неинвертирующих усилителей.

Коэффициент усиления инвертирующего операционного усилителя

Схема инвертирующего операционного усилителя показана ниже. Эта схема имеет выходной сигнал, сдвинутый по фазе на 180° с входным сигналом, а также обеспечивает ввод виртуальной земли.

Схема операционного усилителя довольно проста с использованием нескольких электронных компонентов: один резистор обратной связи от выхода к инвертирующему входу и резистор от инвертирующего входа к входу схемы. Неинвертирующий вход принимается за точку заземления. В этой схеме операционного усилителя используются только два дополнительных электронных компонента, что делает ее очень простой и легкой в ​​реализации.

Базовая схема инвертирующего операционного усилителя

Вывести уравнение усиления операционного усилителя несложно. Вход самого операционного усилителя не потребляет ток, насколько это касается наших расчетов, поскольку импеданс каждого входа усилителя будет значительно выше 100 кОм и, возможно, значительно выше 1 МОм. Это означает, что любой ток, протекающий в микросхему, можно игнорировать.

Отсюда мы видим, что ток, протекающий через резисторы R1 и R2, одинаков, потому что через соединение между двумя резисторами ток не течет.

Используя закон Ома V _out /R ₂ = -V _in /R ₁ . Отсюда коэффициент усиления по напряжению схемы Av можно принять равным:

Ср=-R2R1

Например, усилитель, требующий усиления в десять раз, можно построить, составив R ₂ 47 кОм и R ₁ 4,7 кОм.

Подробнее о . . . . схема инвертирующего операционного усилителя.

Коэффициент усиления неинвертирующего операционного усилителя

Схема неинвертирующего операционного усилителя показана ниже. Он предлагает более высокий входной импеданс, чем схема инвертирующего операционного усилителя. Как и в схеме инвертирующего операционного усилителя, для этого требуется добавить всего два электронных компонента: два резистора для обеспечения необходимой обратной связи.

Неинвертирующий усилитель также характеризуется тем, что вход и выход находятся в одной фазе в результате подачи сигнала на неинвертирующий вход операционного усилителя.

Базовая схема неинвертирующего операционного усилителя

Коэффициент усиления неинвертирующей схемы операционного усилителя также легко определить в процессе проектирования электронной схемы. Расчет основан на том факте, что напряжение на обоих входах одинаково.

Это связано с тем, что коэффициент усиления усилителя чрезвычайно высок. Если выход схемы остается в пределах шин питания усилителя, то выходное напряжение, деленное на коэффициент усиления, означает, что разницы между двумя входами практически нет.

Мы можем предположить, что для целей нашего расчета вход операционного усилителя не потребляет ток, так как импеданс входов микросхемы будет намного выше номиналов используемых резисторов.

Это означает, что ток, протекающий в резисторах R ₁ и R ₂ , одинаков. Напряжение на инвертирующем входе формируется делителем потенциала, состоящим из R ₁ и R ₂ , а так как напряжение на обоих входах одинаковое, то напряжение на инвертирующем входе должно быть таким же, как и на не -инвертирующий вход.

Это означает, что Vin = Vout x R ₁ / (R ₁ + R ₂ ). Следовательно, уравнение коэффициента усиления операционного усилителя для коэффициента усиления по напряжению схемы Av можно принять следующим образом:

Ср=1+R2R1

Например, усилитель, требующий коэффициента усиления одиннадцати, можно построить, составив R ₂ 47 кОм и R ₁ 4,7 кОм.

Коэффициент усиления операционного усилителя

очень легко определить. Расчеты для разных схем немного отличаются, но, по существу, обе схемы могут обеспечить одинаковые уровни усиления, хотя номиналы резисторов не будут одинаковыми для одинаковых уровней усиления операционного усилителя.

Подробнее о . . . . Схема неинвертирующего операционного усилителя.

Коэффициент усиления операционного усилителя в других ситуациях

Использование операционных усилителей в линейных приложениях с отрицательной обратной связью является нормальным явлением, хотя это не всегда так. При этом используется очень высокий коэффициент усиления усилителя с разомкнутым контуром для обеспечения воспроизводимых характеристик, управляемых внешними компонентами.

Примеры этих схем операционных усилителей включают усилители, фильтры, дифференциаторы и интеграторы.

Однако также возможно использовать операционные усилители с другими формами обратной связи для получения других эффектов.

Одно из приложений использования положительной обратной связи в схеме операционного усилителя для обеспечения переключения, для которого компараторы обеспечивают гораздо лучшую производительность, поскольку они работают намного быстрее и не страдают от проблем с фиксацией, но это не означает, что основные принципы положительной обратной связи не применять. Однако основные принципы обратной связи и усиления по-прежнему применимы к этому типу ИС или схемного блока.

Тем не менее, отрицательная обратная связь является наиболее широко используемой формой обратной связи для аналоговых линейных приложений.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню «Конструкция схем». . .

Операционный усилитель (OP-AMP) – формулы и уравнения

Содержание

Операционные усилители:

Инвертирующий усилитель:

Следующие термины используются в формулах и уравнениях для операционных усилителей.

• R _f  = Резистор обратной связи
• R _в = входной резистор
• В _в = Входное напряжение
• В _вых = выходное напряжение
• А _В = коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению:

Коэффициент усиления замкнутого контура инвертирующего усилителя определяется выражением;

Выходное напряжение:

Выходное напряжение не совпадает по фазе с входным напряжением, поэтому он известен как инвертирующий усилитель .

Суммирующий усилитель:

Выходное напряжение:

Общий выход данной схемы выше;

Связанные статьи

Инверсная сумма усиленного входного напряжения:

если входные резисторы одинаковые, выход представляет собой инвертированную сумму входных напряжений,

Если R ₁  1 R ₃  = R _n  = R

Суммарный выход:

Когда все резисторы в приведенной выше схеме одинаковы, выход представляет собой инвертированную сумму входных напряжений.

Если Р _f  = R ₁  = R ₂  = R ₃  = R _n  = R;

V _OUT = — (V ₁ + V ₂ + V ₃ +… + V _N )

• Связанный почтовый

Неинвертирующий усилитель:

Термины, используемые для формул и уравнений неинвертирующего усилителя.

• R _f  = Резистор обратной связи
• R = Заземляющий резистор
• В _в = Входное напряжение
• В _вых = выходное напряжение
• А _В = коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления усилителя:

Общий коэффициент усиления неинвертирующего усилителя составляет;

Выходное напряжение:

Выходное напряжение неинвертирующего усилителя находится в фазе с его входным напряжением и определяется выражением;

Усилитель с единичным коэффициентом усиления / буфер / повторитель напряжения:

Если резистор обратной связи удален, т. е. R _f  = 0, неинвертирующий усилитель станет повторителем/буфером напряжения.

Дифференциальный усилитель:

Термины, используемые в формулах дифференциального усилителя.

• R _f  = Резистор обратной связи
• R _a  = инвертирующий входной резистор
• R _b = неинвертирующий входной резистор
• R _г = неинвертирующий заземляющий резистор
• В _a = инвертирование входного напряжения
• В _b = неинвертирующее входное напряжение
• В _вых = выходное напряжение
• А _В = коэффициент усиления по напряжению

Общий вывод:

выходное напряжение вышеуказанных цепей;

Масштабированный дифференциальный выход:

Если резистор R _f = R _g & R _a = R _b , тогда выход будет масштабироваться разностью входного напряжения;

Единичная разница коэффициентов усиления:

Если все резисторы, используемые в цепи, одинаковы, т.е. это разница входных напряжений;

В _вых = В _б – В _а

Дифференциальный усилитель

Операционный усилитель этого типа обеспечивает выходное напряжение, прямо пропорциональное изменениям входного напряжения.