Читальный зал -->  Полупроводниковая схемотехнология 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

лучится при Ucs = 0:

(5.18)

Для маломощного полевого транзистора эта величина колеблется в пределах от 50 до 500 Ом. Существуют также транзисторы, спещ1ально предназначенные для работы в качестве управляемых сопротивлений и аналоговых коммутаторов со значениями Rosonp менее 10 Ом.

На рис. 5.19 показана схема делителя напряжения на полевом транзисторе.

Рис. 5.19. Управляемый делитель напряжения.

Коэффищ1ент деления сигнала составляет UJUg = RJ(Ri + Ros).

Чтобы в такой схеме коэффициент деления сигнала путем изменения управляющего напряжения можно было варьировать в широких пределах, выбирают 1 DSoiicp- Как следует из рис. 5.17, при больших выходных напряжениях Rgg становится нелинейным, а именно: характеристики транзистора изгибаются таким образом, что ток стока при увеличении напряжения сток-исток получается меньшим, чем у соответствующего омического сопротивления. Поэтому, чтобы линеаризовать выходные характеристики, часть на-

пряжения сток-исток добавляется к напряжению затвор-исток (рис. 5.20). С увеличением напряжения сток-исток растет также напряжение затвор-исток и частично ком-

Рис. 5.20. Управляемый делитель напряжения для больших амплитуд выходного сигнала.

пенсируется увеличение величины Rgs- Если же напряжение Us станет отрицательным, то благодаря схеме компенсации уменьшится также и Ucs- Таким образом, зависящее от входного напряжения снижение величины Rps также будет компенсироваться и в третьем квадранте.

На рис. 5.18 показано линеаризованное семейство характеристик управляемого сопротивления на базе полевого транзистора при оптимальном выборе резисторов и R3. Отклонение от линейной характеристики при \Uos\ 1 В не превышает 1%. Оптимальная линеаризация характеристик достигается при R2 X R3 Rpg. При этом

Ugs = hiUynp + Uos).

Если это значение подставить в формулу (5.5), то величина Ubs сократится и получится точное соотношение

Ros = Ul/l2Ios(/2Uy , - и,)-]. (5.19)

6. Операционный усилитель

По принципу действия операционный усилитель сходен с обычным усилителем. Как и обычный усилитель, он предназначен для усиления напряжения или мощно-сга входного сигнала. Однако, тогда как свойства и параметры обычного усилителя полностью определены его схемой, свойства и параметры операционного усилителя определяются преимущественно параметрами цепи обратной связи. Операционные усилители выполняют по схеме усилителей постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения. Они характеризуются также больпшм коэффициентом усиления, высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Ранее подобные высококачественные усилители использовались исключительно в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения таких математических операций, как суммирование и интегрирование. Отсюда и произошло их название-операционные усилители.

В настоящее время операционные усилители выполняются, как правило, в виде монолитных интегральных микросхем и по своим размерам и цене практически не отличаются от отдельно взятого транзистора. Благодаря практически идеальным характеристикам операционных усилителей реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители вытесняют отдельные транзисторы как элементы схем во многих областях линейной схемотехники.

Чтобы определить, какой тип операционного усилителя подходит для конкретного случая его применения, достаточно, как правило, знания их основных характеристик. Тем не менее для некоторых особых случаев использования операционных усилителей необходимо знание их внутренней структуры. Более подробно эти вопросы изложены в гл. 7.

Здесь рассматриваются основные параметры операционных усилителей, и прежде всего те, которые используются для описа-

ния реально выпускаемых элементов, приводятся основные принципы построения схем на базе операционных усилителей с использованием внешних обратных связей. Исследуются также границы применимости идеализированных характеристик операционных усилителей. Полученные результаты используются в последующих главах для описания конкретных схем на базе операционных усилителей.

6.1. СВОЙСТВА

ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

На рис. 6.1 дано схемное обозначение операционного усилителя. Входной каскад его выполняется в виде дифференциального усилителя, так что операционный усилитель имеет два входа. В области низких частот выходное напряжение находится

Рис. 6.1. Схемное обозначение операционного усилителя.

в той же фазе, что и разность входных напряжений:

Ud=Up- Un.

Р-вход называется неинвертирующим и на схеме операционного усилителя обозначается знаком плюс . ЛГ-вход называется инвертирующим и обозначается на схеме знаком минус .

Чтобы обеспечить возможность работы операционного усилителя как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, следует использовать двуполярное питающее напряжение. Для этого необходимо предусмотреть два источника постоянного напряжения, которые, как это показано на рис. 6.1, подключаются к соответствующим внешним клеммам операционного усилителя. Как правило, стандартные операционные усилители в интегральном исполнении работают с напряжениями питания + 15 В. На принципиальных схемах устройств обычно изображают только их входные и выходные клеммы.

В действительности, разумеется, не существует идеальных операционных усилителей. Для того чтобы можно было оценить, насколько тот или иной операционный усилитель близок к идеалу, приводятся технические характеристики усилителей.

Дифференциальный коэффициент усиления операционного усилителя

:Д1/ /лив = д[;,/д(ар- ад=,

г hUJhUp при (7jv = const, I -MJJMJn при Vp= const

(6.1)

имеет конечную величину, которая лежит в пределах от 10* до 10*. Он называется также собственным коэффициентом усиления операционного усилителя, т.е. усиления при отсутствии обратной связи.

На рис. 6.2 показана типовая зависимость выходного напряжения усилителя от Up. В диапазоне [/ < [/ < [/ макс оно зависит от Up почти линейно. Этот диапазон выходного напряжения называется областью усиления. В области насыщения с ростом [/д соответствующего увеличения и а не происходит. Границы области усиления С/о мин и [/дмакс отстоят ПриблИЗИТСЛЬНО

на 3 В от соответствующих положительного и отрицательного напряжений питания. При работе операционного усилителя с напряжением питания + 15 В типовой диапазон области усиления по выходному напряжению составляет ±12 В.

Передаточная характеристика идеального операционного усилителя должна проходить через нулевую точку. Однако, как показано на рис. 6.2, штриховой линией, для реальных операционных усилителей эта характеристика несколько сдвинута. Таким образом, для того чтобы сделать выходное напряжение равным нулю, необходимо подать на вход операционного усилителя некоторую разность напряжений. Эта разность напряжений называется напряжением смещения нуля Uq. Оно составляет обычно несколько милливольт и во многих случаях может не приниматься во внимание. Когда же этой величиной пренебречь нельзя, она может быть сведена к нулю (см. разд. 4.7.4, где это было описано для дифференциального усилите-

	и а макс
-100 /	/Щ 100 UJJ..MKB -12
UamH

Рис. 6.2. Выходное напряжение операционного усилителя как функция разности входных напряжений. Пунктиром показана характеристика, снятая без компенсации напряжения смещения нулевой точки.

ля). Поэтому во многих интегральных операционных усилителях предусмотрены специальные клеммы.

После устранения напряжения смещения нуля остаются только его возможные изменения в зависимости от времени, температуры и напряжения питания:

АС/о(9, t, Ub) = (а[/о/а9) А9 + (dUJdOAt + -I- {dUJdUb)AUb.

В этой формуле различают следующие составляющие дрейфа:

8Uo/d& -температурный дрейф, обычно от 3 до 10 мкВ/К;

dUJdt -временной дрейф, который может достигать нескольких микровольт за месяц;

dUJdU -дрейф, обусловленный изменением, суммарного напряжения питания.

Составляющая dUJdU характеризуется влиянием отклонения напряжения питания от номинального значения на величину смещения нулевой точки и составляет обычно 10-100 мкВ/В. Поэтому если требуется минимизировать эту составляющую дрейфа, необходимо обеспечить напряжение питания с точностью до нескольких милливольт.

В дальнейшем изложении будет предпо- , лагаться, что напряжение смещения нуля скомпенсировано и равно нулю. Тогда из формулы (6.1) следует

и, = ApUo Ao{Up-U). (6.2) Таким образом, в пределах динамического

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.