Принцип и особенности работы операционных усилителей — кратко и понятно для начинающих

Существует множество схем измерительных усилителей, но стоит начать с малого, и разобраться, что такое операционные усилители (далее – ОУ) для чайников и новичков в этой сфере. Изучив азы этой темы, можно легко разобраться в последующей работе прибора.

Что такое операционный усилитель

ОУ — это усилитель постоянного тока. Рассмотрим электронный усилитель тока, который чаще всего оснащен одним дифференциальным выходом, и к тому же, двумя входами.

операционные усилители виды

Коэффициент усилителя ОУ составляет внушительную величину. Прибор также включает в себя несколько выходов для балансировки и частотной коррекции.

операционные усилители для чайников

Главные принципы работы операционных усилителей

С помощью операционных усилителей стало возможным изменять аналоговые сигналы в любом направлении. В случае, если напряжение на инвертирующем входе превосходит показатель на неинвертирующем, то на выходе можно увидеть максимальное значение в пятнадцать вольт.

операционный усилитель принцип работы

Схемы питания операционных усилителей

Схем включения ОУ существует большое количество, и они не ограничиваются представленными в статье.

Компаратор

Данной схеме присуще высокое входное сопротивление, и напротив, низкий показатель на входе.

Компаратор оу

Триггер Шмидта

Напряжение попадает на инвертирующий вход, а прямой вход, в свою очередь, заземлён.

схема Триггер Шмидта

Работа от однополярного источника питания

Двухполярное питание в настоящее время задействуется в работе крайне редко, поэтому на замену пришёл другой способ – работа от однополярного источника питания. В цепь вводится дополнительная деталь – цепь дополнительного смещения.

операционные усилители схема работы

Работа от двухполярного источника питания

Основополагающей составляющей ОУ выступает дифференциальный каскад, поддерживающийся при помощи транзисторов. Для снабжения прибора питанием необходим источник с отрицательным и положительным напряжением. Единицы измерения должны совпадать по обоим показателям.

Смотрите также:   TDA2030A характеристики, DataSheet, аналоги, цоколевка

В стандартную схему подключения операционных усилителей входит несколько составляющих: два конденсатора, двухполярный источник питания, а также защитные диоды.

операционные усилители двухполярная схема

Последние из перечисленных составляющих являются необязательными, но для того чтобы понять, как работает операционный усилитель, лучше учесть это в схеме.

При подключении конденсаторов следует учитывать, что оно должно быть максимально близко к выходам схемы. Составляющие отвечают за развязку шин.

Совет! Для обеспечения лучшей работы усилителя можно прикрепить конденсаторы непосредственно к источникам питания.

Схемы включения операционных усилителей

Режим, в котором будет работать ОУ, можно определить по типу обратной связи, соответствующий той или иной ситуации.

Неинвертирующий

Охарактеризовать работу усилителя можно следующим образом: сигнал со входа поступает прямиком на неинвертирующий вход. Он у такого прибора заземлён, а точнее имеет доступ к общему выходу питания.

неинвертирующий вход оу

Инвертирующий

В отличие от неинвертирующего усилителя на ОУ, разница напряжений в операционном усилителе составляет ноль.

инвертирующий вход

Именно поэтому необходимо, чтобы величина на входе также равнялась нулю.

неинвертирующий и инвертирующий вход

Интегратор

При помощи данного способа представляется возможность реализовать работу так, чтобы изменение его напряжения на выходе было пропорциональным сигналу, который поступает на входе.

Интегратор оу

Дифференциатор

В свою очередь, выполняет действия, которые полностью пропорциональны интегратору. Точнее, сигнал на выходе прямо пропорционален скорости изменения напряжения вначале.

Дифференциальный усилитель на ОУ

Дифференциальный усилитель на ОУ имеет ряд преимуществ, так как сигналы, поступающие на входе, не ослабляются и прибор будет иметь намного меньшее сопротивление на выходе.

Преобразователь логарифмирующий

В такой схеме эксплуатируются некоторые из характеристик диодов, а также биполярного транзистора. Применяется в ходе математических вычислений различного типа, повышения диапазона динамики.

Преобразователь логарифмирующий

Имеет множество недостатков, которые не позволяют постоянно использовать данную схему, а именно:

  • чувствителен к перепадам температур;
  • преобразование будет неточным, так как диод не способен обеспечить зависимость падения сигнала и током.
Смотрите также:   Активная и реактивная мощность: определение, формулы, как найти - понятная информация для чайников

Преобразователь экспоненциальный

Проделав несколько дополнительных действий, можно получить из логарифмирующего экспоненциальный преобразователь. Осуществляется это за счёт перемены мест резистора и диода в схеме.

Преобразователь экспоненциальный

Преобразователь не сыскал применения в широких кругах, потому что имеет схожие недостатки с логарифмирующим.

Особенности во время проектирования схем с ОУ

Все сложности, возникающие во время работы над проектированием схем с ОУ, можно систематизировать следующим образом:

  • стандартные советы;
  • размеры полосы пропуска ОУ;
  • каскады на входе ОУ.

схемы оу

Стандартные советы

Высоту напряжения, подаваемую на выводы питания операционных усилителей, необходимо контролировать. Стоит следовать указаниям, размещенным на ОУ, делать их предельно низкими не нужно. Слишком высокое значение может быть чревато повреждением деталей или же других компонентов, так как это может обернуться смещением транзисторов.

операционные усилители для чайников

Необходимо убедиться, что отрицательный выход питания на самом деле подключен к шине с низким потенциалом. Кроме того, важно убедиться, что источник положительного напряжения действительно обеспечивает требуемое напряжение относительно отрицательного вывода питания ОУ.

Для того чтобы убедиться в правильности схемы, необходимо подключить вольтметр к выходам ОУ. Если схема содержит много цифровых цепей, подумайте над использованием отдельных слоев земли и питания. Зачастую не представляется возможности убрать из аналогового сигнала помехи, вызванные работой цифровых компонентов.

вольтметр

Внимание! В случае, если на плате есть цифровые узлы, нужно уделить особое внимание земляной шине, и к тому же, хорошо продумать ее трассировку.

Можно использовать короткие проводники на входах операционных усилителей. В случае, если во время разработки макета применяется беспаечная плата, то берите во внимание, что это может стать причиной появления в схеме нежелательных колебаний и шумов. Проблемы подобного характера возникают при работе с печатной платой, но это скорее исключение, чем закономерность.

ОУ очень восприимчивы по отношению к статическому электричеству. Если микросхема имеет некоторые повреждения, то операционный усилитель либо просто приостановит работу, либо возникнут непредвиденные погрешности (например, значение напряжения смещения или входного тока может колебаться), которые в процессе работы будут только возрастать.

Смотрите также:   Инженерные коммуникации: чем отличается FTP кабель от UTP

Размеры полосы пропуска ОУ

Следует заострить внимание на полосах пропускания операционного усилителя. В случае эксплуатации ОУ с коэффициентом усиления равным 10, а величина на выходе переменного тока в разы отстаёт от предполагаемой, то чаще всего стоит заменить имеющийся прибор на тот, который имеет полосу пропускания больше.

полосы пропуска ОУ

Для поддержания стабильности ОУ, в большинстве случаев, стоит установить конденсатор параллельно резистору в цепи обратной связи усилителя.

Совет! Данный путь решения не подходит ко всем случаям, поэтому необходимо проводить расчёты.

Каскады на входе ОУ

Необходимо брать во внимание диапазон входных напряжений имеющегося ОУ. Если напряжение хотя бы одном из входов превзойдет допустимые пределы, то на выходе, скорее всего, установится напряжение одной из шин питания.

Каскады на входе ОУ

Если схема имеет большой коэффициент усиления, не забывайте о напряжении смещения ОУ. Это напряжение усиливается вместе с полезным сигналом и может препятствовать сигналу на выходе усилителя.

Каскады на входе ОУ

Не используйте ОУ со входами типа «rail-to-rail», если в этом нет прямой необходимости. Заметим, что такие ОУ обычно требуются только для буферных усилителей и в некоторых случаях для эксплуатации усилителей.

На заметку! Если схема имеет усиление, то ограничение выходного сигнала в любом случае наступит до возникновения проблем со входом.

Подводя итоги, стоит заметить, что тема подразумевает множество особенностей, но прилагая усилия можно вникнуть. Схемы операционных усилителей применяются во многих областях, включая дифференциальные усилители на ОУ, стабилизаторы напряжения и тока.

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ. Как он работает и как усиливает звук. Самое понятное объяснение!ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ. Как он работает и как усиливает звук. Самое понятное объяснение!

Помогла ли вам статья?

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Библиотека радиолюбителя
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector