Главная Материалы Новости Форум Поддержать сайт     

Об операционных усилителях (ОУ)


       ОУ – устройство часто изображаемое на схеме следующим образом:

ОУ на схеме
                                                               рис.1b

В нашем случае построения системы для измерения ЭКГ и ЭЭГ (см. здесь и здесь) мы будем работать с OP97 и AD620. Рассмотрим сначала AD620. В даташите на него он обозначен следующим образом:

AD620
                                                               рис.2b

       AD620 – инструментальный ОУ. Слово инструментальный говорит о его лучших характеристиках по сравнению с обычным ОУ. Усиливаемый сигнал подаётся на входы +IN и соответственно –IN. Коэффициент усиления данного усилителя задаётся при помощи резистора подключаемого к входам Rg (их соответственно два – №1 и №8). Какой резистор, какому коэффициенту усиления соответствует – смотрим в даташите. Питание ОУ AD620 – двуполярное. Это означает, что у него есть выводы для питания, которые обозначаются как +Vs и –Vs. И теперь если мы подключим к ним, например, батарейку в 5В (причём минус батарейки нужно подключать к –Vs, а плюс соответственно к +Vs), а на сигнальные входы +IN и соответственно –IN подадим разность потенциалов, которую надо усилить, то усиленный в K раз сигнал (где K – коэффициент усиления задаваемый Rg – см. выше) мы можем снять с данного устройства подключившись к выводу OUTPUT и точке, собираемой нами схемы, с потенциалом в 2.5В относительно минуса батарейки. Данную точку можно получить при помощи обыкновенного резистивного делителя вида:

Двуполярное питание
                                                               рис.3b

Таким образом, простейшая схема подключения данного ОУ выглядит следующим образом:

Простейшая схема подключения ОУ

                                                               рис.4b

Точка с потенциалом 2.5В относительно минуса батарейки называется нулевой точкой. Это и есть тот самый нуль относительно которого меряется потенциал (усиленный сигнал) на выводе OUTPUT усилителя. Таким образом плюс батарейки относительно нулевой точки имеет потенциал равный 2.5В, а минус батарейки относительно нулевой точки имеет потенциал –2.5В (см. рис.3b). То есть потенциал нулевой точки ровно посередине между плюсом и минусом батарейки. Отсюда и название данного способа питания – двуполярное питание (так как получается что на вывод –Vs усилителя мы подали минус 2.5В относительно нулевой точки, а на +Vs мы подали плюс 2.5В относительно нулевой точки). Так же необходимо отметить, что потенциалы относительно нуля схемы, подаваемые на входы +IN и –IN усилителя должны быть в пределах определяемых источником питания. То есть если на –Vs и +Vs мы подали соответственно –2.5В и +2.5В, то на –IN и +IN нельзя подавать, например, соответственно 230В и 230.1В. В данном примере разность потенциалов 230.1–230=0.1В усилена не будет. По даташиту необходимо выяснять приемлемый диапазон потенциалов на входах соответствующего ОУ. Например, для AD620 Input Voltage Range (диапазон входных напряжений) при подаче питания в –2.5В и 2.5В на –Vs и +Vs напряжение относительно нуля на –IN или +IN должно быть не больше Vs–1.2В = 2.5–1.2 = 1.3В и не меньше –Vs+1.9В = –2.5+1.9 = –0.6В. Это значит, что если, например, подать на –IN и +IN соответственно 0.2В и 0.3В, то теперь разность потенциалов между –IN и +IN в 0.1В уже может быть усилена.
       Так же есть следующая важная особенность. Выходное напряжение усилителя надо мерить относительно OUTPUT и нулевого провода схемы, однако, на практике иногда некоторые ОУ добавляют к выходному сигналу свой сдвиг на ту или иную постоянную величину. Поэтому у таких ОУ для того чтобы убрать эту постоянную величину и чтобы в итоге измерения относительно нулевого провода схемы были бы корректными обычно предусмотрен вывод REF (так называемый опорный вход) на который необходимо подавать нулевой потенциал схемы. Причём подавать на вывод REF нулевой потенциал нужно от источника с минимальным выходным сопротивлением, а иначе подача на REF нулевого потенциала не достигнет желаемого эффекта. Таким образом, на вход REF нулевой потенциал обычно подаётся через ОУ включённого по схеме так называемого повторителя, у которого, как известно выходное сопротивление близко к нулю, а входное наоборот стремится к огромной величине. На вход повторителя, коэффициент усиления которого равен единице, подаётся нулевой потенциал, с выхода повторителя снимается нулевой потенциал и подаётся на REF. ОУ включённый по схеме повторителя выглядит так:

Схема повторителя
                                                               рис.5b

Тогда схема включения усилителя с REF будет выглядеть так:

Схема подключения ОУ с REF
                                                               рис.6b

В нашей схеме электрокардиографа повторитель, выдающий опорное напряжение для усилителей AD620 построен на основе OP97 (см. рис.8) – здесь на плюсовой вход OP97 подан нулевой потенциал, а с выхода OP97 опорный нулевой потенциал подаётся на специально предназначенные для этого REF выводы усилителей AD620. OP97 также двуполярный.
       Кроме ОУ с двуполярным питанием есть и так называемые однополярные, например, TLC272. У таких усилителей выходное напряжение меряется не относительно нулевой точки, а относительно минуса батареи, а соответственно выводы для питания такого ОУ обозначаются как GND (сюда минус батареи) и VDD (а сюда плюс).
       Ну вот, пожалуй, и всё. Этих сведений достаточно для понимания, что куда подавать и что, где мерить у усилителей на нашей схеме электрокардиографа.


       Подробнее об операционных усилителях также можно посмотреть здесь:

http://easyelectronics.ru/operacionnyj-usilitel.html

http://cxem.net/beginner/beginner42.php

http://ru.wikipedia.org/wiki/Операционный_усилитель


p.s. Для того, кто интересуется объяснениями понятий математики, физики, техники что называется "на пальцах" можно посоветовать вот эту книгу и в частности главы из её разделов "Математика", "Физика", "Техника" (саму книгу или отдельные главы из неё вы можете приобрести здесь).



Обсудить на форуме



                     Комментарии



Представтесь (не менее 2-х символов):

Сообщение:

Далее функция антиспама.
Ответьте на вопрос:
Восемь умножить на сто будет равно? (введите числом):






Читаем книгу "Что людей объединяет или обо всём понемногу"

Что людей объединяет ...