Главная Промышленная автоматика.

5.6. УСТРОЙСТВО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Блок-схема устройства типичного операционного усилителя (фиг. 5.32) раскрывает близкое сходство, существующее между компаратором напряжения и операционным усилителем, заключающееся в том, что в каждом из этих устройств входным каскадом является дифференциальный усилитель, характеристики которого стабилизированы с помощью цепей смещения по отношению как к внутренним, так и к внешним воздействиям. Входное напряжение сдвига и в операционном усилителе и в компараторе напряжения моЖно подстраивать на минимальный

Входной и усилительный "

каскады

Вьтднои каскад


балансировка: - . сдвига

Фиг. 5.32. Упрощенная модель операцйоннога. ух;илит£Ля, в кх)тором объединены входной и усилительный каскады.

уровень с помощью внешних цепей, подключаемых к выводам для балансировки-сдвига. Основное различие между этими двумя устройствами состоит в том, что операционный усилитель имеет обычно усилительные и выходной каскады, обладающие большой линейностью, в то время как компараторы напряжения имеют нелинейные выходные каскады, приспособленные для связи с логическими схемами.

В большинстве применений операционного усилителя стремятся поддерживать его работу в линейной области. По этой причине линейность является основным соображением при использовании операционного. усилителя, тогда как при использовании компаратора напряжения с этим, как правило, не сталкиваются. В усилительном каскаде операционного усилителя обычно проводится некоторая частотная коррекция. Корректирующая цепь служит или для уменьшения усиления сигнала в каскаде усиления на высоких частотах, или же для уменьшения фазового сдвига, имеющегося между входным и выходным сигналами. Как мы уже видели в разд. 3.7, каскад усиления



является тем местом в усилителе, где логично проводить частотную коррекцию, поскольку он изолирован от внешних нагрузочных влияний. Эта коррекция может быть внутренней, внешней или же комбинацией их обеих. Внешняя коррекция позволяет разработчику оптимизировать произведение усиления на полосу пропускания в конкретном устройстве. Внутренняя коррекция обладает преимуществом, состоящим в простоте тех разработок, где характеристика операционного усилителя на высоких частотах не является критичной.

Поскольку линейность представляет основной интерес в работе операционного усилителя, выходной каскад здесь работает обычно в режиме класса АВ. Кроме того, для получения относительно высокого уровня выходной мощности при малых нелинейных искажениях в данном каскаде используется двухтактный выход с дополнительной симметрией (ср. типы, рассмотренные в разд. 3.8). В выходном каскаде обычно предусматривается защита от коротких замыканий для предотвращения случайного выхода устройства из строя при заземлении выхода или случайном подключении его к одному из источников питания, В модели, представленной на фиг. 5.32, ic и связаны между собой через эквивалентную крутизну экв, которая представляет собой наклон кривой ic - гд , определяемой в начале координат. (Отметим сходство между этой упрощенной моделью и моделью усилителя - преобразователя проводимости на фиг. 3.15.) Многие параметры операционного усилителя, такие, как коэффициент усиления, полоса пропускания и скорость нарастания, могут быть связаны друг с другом при использовании упрощенной модели операционного усилителя.

5.7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ В РАБОТЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Статические характеристики

Сейчас мы проиллюстрируем влияние практических ограничений, накладываемых компонентами и видом схемы на идеальную работу операционного усилителя. На фиг. 5.33, а показана передаточная характеристика идеального усилителя. Поскольку идеальное устройство обладает почти бесконечным коэффициентом усиления без обратной связи, график выходного напряжения Увых в зависимости от дифференциального входного напряжения vjx представляет собой почти вертикальную прямую линию. Таким образом, для идеального операционного усилителя напряжения на неинверсном и инверсном входах должны поддерживаться равными.

Конечное усиление по напряжению воздействует на характеристику идеального операционного усилителя, вращая переда-



• Убетчте

усиления

Уменьшение уоиления



Начало нелинейной области

Фиг. 5.33. Отклонения передаточной характеристики операционного усилителя от идеальной, вызванные практическими ограничениями.

с -идеальная характеристика; б-конечное усиление по напряжению; в-два значения вэкв» г-переходное искажение; 5-ненулевое напряжение сдвига на входе; е-насыщу-. и ограничение; яс-гистерезнсный эффект.





0 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

0.0037