Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
контакта между всеми компонентами, который достигается в результате
изготовления их на одном кристалле кремния, являются превосходная
стабильность микросхем и предсказуемость их поведения.
Окажется, что понимание схем на дискретных компонентах, приобретенное при
изучении предыдущих глав, существенно для надлежащего сопряжения ИС между
собой: в самом деле, даже сегодня лишь очень немногие аналоговые
устройства полностью обходятся без дискретных полупроводниковых приборов.
Однако применение ИС освобождает сегодня разработчика электронных
конструкций от значительной части трудоемкой и неблагодарной работы (в
оригинале: от "работы для ишака" - Прим. перев.). Кроме того, благодаря
малым размерам ИС и низкому уровню потребляемой ими мощности, стало
возможным создание таких изделий, как камкордер (портативная видеокамера
- Прим. перев.) или умещающийся на ладони приемник спутниковой
навигационной системы GPS.
В этой главе мы будем иметь дело с применением ИС. Они предназначены для
преобразования аналоговых сигналов, являющихся носителями информации,
которая выражена их величиной и формой. Большая часть сигналов звукового
диапазона и радиосигналов попадает в эту категорию; стандартные двоичные
импульсы в цифровых схемах, о которых будет идти речь
272 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
в главе 13, образуют совсем другой класс сигналов. Чтобы дать
представление о содержании данной главы, на рис. 11.1 показано множество
схем, являющихся "строительными элементами", из которых собираются более
сложные конструкции; эти схемы и будут рассмотрены ниже, а к рис. 11.1
можно обращаться как к справочнику, где они перечислены и описаны в общих
чертах.
11.2 Операционный усилитель
11.2.1 Упрощающие предположения
Во всех схемах на рис. 11.1 используются операционные усилители (ОУ).
Термин "операционный" применяется в настоящее время в широком смысле для
обозначения усилителя напряжения с большим коэффициентом усиления, и
особенно в том случае, когда усилитель имеет вид ИС; это название
происходит от первоначального применения таких усилителей для выполнения
аналоговых математических операций . Характеристики ОУ таковы, что в
большинстве практических схем можно придерживаться следующих
предположений:
коэффициент усиления напряжения без обратной связи Avol бесконечно велик
(типичное значение 2 х 105); входное сопротивление равно бесконечности
(типичное значение 2 МОм);
выходное сопротивление равно нулю (типичное значение 75 Ом).
Указанные значения параметров относятся к популярному интегральному
усилителю типа 741 (наиболее близкий аналог 140УД7 - Прим.перев.),
который фигурирует во многих практических схемах в этой книге.
11.2.2 Начальный входной ток и напряжение смещения
Ко входным выводам ОУ подключены базы или затворы внутренних
транзисторов, на которые необходимо подать некоторое постоянное опорное
напряжение; кроме того, должна быть предоставлена возможность течь
небольшому току, если нужно, чтобы усилитель функционировал (на кристалле
нет разделительных конденсаторов). У ИС 741 входной ток составляет около
100 нА. Поэтому первое правило для конструктора состоит в том, что у
всякого ОУ от каждого из входов должен быть тот или иной путь на землю по
постоянному току, хотя бы через высокоомный резистор.
В идеальном случае желательно, чтобы сопротивления между инвертирующим
входом и землей и между неинвертирующим входом и землей были
Операционный усилитель 273
(а) <Ь)
Рис. 11.1. (а) Неинвертируюший усилитель. (Ь) Повторитель напряжения, (с)
Инвертирующий усилитель. (d) Сумматор, (ё) Интегратор. (/)
Дифференциатор.
18 Зак. 4729.
274 "Строительные блоки" аналоговой электроники на интегральных
микросхемах
(h)
R
-WVVV-
>-
rV\j
I____
-Л_Л_
3
ш
X
к V. Р,
Рис. 11.1. С?) Дифференциальный усилитель (вычитатель). (А) Прецизионный
выпрямитель. (/) Преобразователь тока в напряжение. (/) Умножитель. (Л)
Делитель. (/) Логарифмический усилитель.
Операционный усилитель 275
одинаковы; иначе возникнет напряжение смешения на входе, как это показано
на рис. 11.2. Можно предположить, что начальные входные токи одинаковы,
то есть
h=h-
Тогда при /?, = R2 напряжения Vx и И, будут равны, и действующее между
входами усилителя разностное напряжение смещения Fj - V2 будет иметь
нулевое значение. В большинстве случаев инвертирующий вход будет соединен
с выходом резистором обратной связи Rp как это сделано в схеме на рис.
11.3; поэтому частью начального тока будет ток, текущий по резистору Rf
со стороны выхода. Если наша схема рассчитана правильно, так что
напряжение смешения равно нулю, то выходное напряжение также равно нулю в
режиме покоя. Цепь, по которой течет начальный входной ток /,, образована
фактически параллельным соединением резисторов Л, и Rf Поэтому для
минимизации смешения в схеме на рис. 11.3 нам следует выбрать R2 по
правилу:
_L-_L 1
R2 ~ Л, + Rf '
то есть
