December 12 2017 08:20:58
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Схема замещения операционного усилителя
Схемы нелинейного преобразования сигналов на ОУ

При построении высокоточных схем на ОУ необходимо учитывать влияние неидеальности усилителя на характеристики схемы. Для этого удобно представить усилитель схемой замещения, содержащей существенные элементы неидеальности. Полная схема замещения ОУ для малых медленных изменений сигналов представлена на рис. 11.

У операционных усилителей с биполярными транзисторами на входе входное сопротивление для дифференциального сигнала rд составляет несколько мегаом, а входное сопротивление для синфазного сигнала rвх несколько гигаом. Входные токи, определяемые этими сопротивлениями, имеют величину порядка нескольких наноампер. Существенно бoльшие значения имеют постоянные токи, протекающие через входы операционного усилителя и определяемые смещением транзисторов дифференциального каскада. Для универсальных ОУ входные токи находятся в пределах от 10 нА до 2 мкА, а для усилителей со входными каскадами, выполненными на полевых транзисторах, они составляют доли наноампер.

Схема замещения реального операционного усилителя для малых сигналов

Рис. 11. Схема замещения реального операционного усилителя для малых сигналов

Для иллюстрации влияния собственных сопротивлений усилителя на характеристики схемы на ОУ рассмотрим схему неинвертирующего усилителя (рис. 12).

Входное сопротивление схемы

Благодаря наличию обратной связи к сопротивлению rд приложено очень малое напряжение

Uд = Uвых/KU = U1/(1+KU),

где = R1/(R1+R2) - коэффициент передачи делителя в цепи обратной связи. Таким образом, через это сопротивление протекает только ток, равный U1/rд(1+KU). Поэтому дифференциальное входное сопротивление, благодаря действию обратной связи, умножается на коэффициент 1+KU. Согласно рис. 12, для результирующего входного сопротивления схемы имеем:

Rвх= rд(1+KU)||rвх

Эта величина даже для операционных усилителей с биполярными транзисторами на входах превышает 109 Ом. Следует однако помнить, что речь идет исключительно о дифференциальной величине; это значит, что изменения входного тока малы, тогда как среднее значение входного тока может принимать несравненно бoльшие значения.

Схема неинвертирующего усилителя с учетом собственных сопротивлений ОУ

Рис. 12. Схема неинвертирующего усилителя с учетом собственных сопротивлений ОУ

Выходное сопротивление схемы

Реальные операционные усилители довольно далеки от идеала в отношении выходного сопротивления. Так, рассмотренный выше ОУ типа А741 имеет rвых порядка 1 кОм. Оно, правда, в значительной степени уменьшается применением отрицательной обратной связи по напряжению. Снижение выходного напряжения схемы, вызванное падением напряжения на rвых при подключении нагрузки, передается на n-вход усилителя через делитель напряжения R1, R2. Возникающее при этом увеличение дифференциального напряжения компенсирует изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление операционного усилителя, не охваченного обратной связью, определяется выражением:

form111b.gif (1681 bytes)

Для усилителя, охваченного обратной связью, в соответствии со схемой на рис. 12, эта формула принимает вид:

form112.gif (1708 bytes). (12)

При работе усилителя, охваченного обратной связью, величина Uд не остается постоянной, а изменяется на величину

dUд= - dUn = -dUвых         (13)

Для усилителя с линейной передаточной характеристикой изменение выходного напряжения составляет

dUвых=KUdUд - rвых dIвых

Величиной тока, ответвляющегося в делитель напряжения обратной связи в данном случае можно пренебречь. Подставив в последнее выражение величину dUд из (13) с учетом (12), получим искомый результат:

form13a.gif (1426 bytes)

Если, например, =0,1, что соответствует усилению входного сигнала в 10 раз, а KU=105 , то выходное сопротивление усилителя А741 снизится с 1 кОм до 0,1 Ом. Вышеизложенное, вообще говоря, справедливо в пределах полосы пропускания усилителя fп, которая для А741 составляет всего только 10 Гц. На более высоких частотах выходное сопротивление ОУ с обратной связью будет увеличиваться, т.к. величина |KU| с ростом частоты будет уменьшаться со скоростью 20дБ на декаду (см. рис. 3). При этом оно приобретает индуктивный характер и на частотах более fт становится равным величине выходного сопротивления усилителя без обратной связи.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 2,295,803 уникальных посетителей