Операционного усилителя

Изложение материала настоящего параграфа рассчитано на то, что читателю известны основные положения операционного исчисления и применение его для анализа переходных процессов в электрических цепях [8].

Выдающийся ученый своего времени, английский физик, член Лондонского королевского общества Хевисайд независимо от Герца пришел к тем же результатам в отношении уравнений Максвелла. Работая в области физики, О. Хевисайд за 15 лет до А. Эйнштейна вывел известную формулу Е = тс2. В области математики он заложил основы теории расчета переходных процессов («метод Хевисайда»), явился одним из создателей операционного исчисления. В области связи Хевисайд был изобретателем средств повышения дальности действия проводного телеграфа и телефона. В 1902 г. он одновременно с А. Э. Кен-нелли указал на существование ионизированного слоя атмосферы, действующего как отражающая среда для электромагнитных волн. Труды скромного и талантливого ученого обогатили владельцев многих фирм и компаний, но не его самого. Он умер в бедности в возрасте 75 лет.

Оригинал функции находим по таблицам формул операционного исчисления (см. табл. 3.1) или с помощью второй теоремы Хевисайда (3.36).

Второй способ в варианте, разработанном для практического использования С. Б. Лосевым и А. Б. Черниным [33], основан на известной формуле разложения операционного исчисления, в первоначальном виде предложенной в 20-х годах Хевисайдом (Великобритания). С ее помощью электрические величины (токи, напряжения) определяются в виде суммы принужденной (основной) слагающей промышленной частоты, апериодических и свободных колебательных слагающих. Это для подавляющего большинства защит является определяющим преимуществом способа. Он не пригоден для так называемых волновых защит и рассмотрения явлений, происходящих в первые мгновения возникновения нарушений режима. Некоторые недостатки способа устраняются при использовании для расчетов на ЭВМ программ, разработанных в ЭСП.

В последние два десятилетия переходным процессам в электрических цепях уделяется большое внимание как в технике высоких, так и в технике низких частот. Идеи операционного исчисления, являющегося основным и в большинстве случаев самым удобным методом исследования переходных процессов в электрических цепях, были впервые высказаны русским ученым, впоследствии профессором Киевского университета, М. Е. Ващенко-Захарченко в 1862 г. в диссертации «Символическое исчисление и приложение его к интегрированию дифференциальных уравнений».

Предполагается, что читатель знаком с основами операционного исчисления, например в объеме учебников К. А. Круга и его преемников П. Л. Калантарова и Л. Р. Неймана, поэтому в книге отсутствуют выводы операционных теорем и формул, они даны только в виде справочного материала в гл. I.

Во втором издании по желанию многих читателей в приложении даны выводы основных теорем операционного исчисления и интеграла Дюамеля, приведенных в гл. I.

Как и в предыдущих изданиях, изображения токов и напряжений по Карсону обозначаются 1(р) и U(p) с соответствующими индексами, но при выводе теорем операционного исчисления оказалось более удобным применять обозначение Ca[f(f)] для изображения функции f(f) и Ca~l \f(t)\ для оригинала изображения <р(р), подобно тому, как спектр функции обозначен в этой книге S [/(01 и изображение по Лапласу Lalf(t)] В связи с этим отпадают обозначения== для перехода от оригинала к изображению и обратно, а также черта над оригиналом для изображения и черта под изображением для соответствующего оригинала, как это было применено в предыдущих изданиях.

§ 1.2. ФОРМУЛЫ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ

ВЫВОД ОСНОВНЫХ ТЕОРЕМ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ

.2. Формулы операционного исчисления......... g

3.34. Характеристика и структурная схема операционного усилителя

Рассмотренная нами схема операционного усилителя о одной входной обмоткой является базовой не только для развязывающего или масштабного усилителя, но также и для интегрирующего и дифференцирующего усилителей. Чтобы получить интегрирующий усилитель, необходимо включить отрицательную обратную связь через емкость, как это показано на 3.38.

Свобода действий проектировщика обычно ограничена. Чаще всего встречаются параметрические ограничения, связанные с тем, что при выборе какого-либо элемента системы проектировщик вынужден считаться с заданным диапазоном возможных изменений его параметров. Примером могут служить ограничения, связанные с конечностью коэффициентов усиления, наличием постоянных времени и т.п. Не менее часто приходится иметь дело с функциональными ограничениями, обусловленными тем, что предельные значения выходных переменных элементов системы ограничены.. Примером могут служить: насыщение магнитной системы электрической машины, ограничение выходного напряжения операционного усилителя и т. п. Приходится также учитывать энергетические возможности ряда элементов, т. е. ограничения по потребляемой или выделяемой энергии, а также по запасу энергии. С одной стороны, энергетические ограничения характеризуют значение потребляемой или отдаваемой мощности элементов, с другой — их эксплуатационную надежность и работоспособность. Наконец, следует иметь в виду и информационные ограничения, заключающиеся в том, что не все переменные процесса, интересующие проектировщика, могут быть измерены или наблюдаемы.

1.15. Бескорпусная микросхема операционного усилителя К740УД5-1

ные выводы, а также защиту в виде слоя стекла, обволакивающего кристалл. Эти микросхемы выпускаются специализированными предприятиями. Примером такой бескорпусной микросхемы может быть бескорпусный операционный усилитель К740УД5-1, ( 1.15), аналог операционного усилителя К153УД2, выпускаемого в круглом ме-таллостеклянном корпусе и имеющего восемь выводов.

На 3.20 приведена электрическая схема интегрального операционного усилителя К140УД1 и его схемное обозначение. Имея большой коэффициент усиле-

3.20. Электрическая схема и условное обозначение операционного усилителя К140УД1

На 3.22 изображен фрагмент электрической схемы операционного усилителя К140УД2, содержащий входные цепи и первый дифференциальный каскад усиления.

3.22. Входные цепи операционного усилителя К140УД2

3.23. Основные схемы включения операционного усилителя:

Для устранения паразитной генерации по цепям питания в их шинах, возле каждого операционного усилителя (ОУ), рекомендуется установить конденсаторы емкостью 0,01—0,05 мкФ.