Типовые схемы включения операционных усилителей: неинвертирующая, инвертирующая, дифференциальная.

ОУ – это универсальный, очень удобный и простой в применении электронный блок.

Для схемы включения ОУ, представленной на рис. 2.8 связь между входными и выходным сигналом определяется выражением:

.

Входные сигналом могут подаваться как на оба входа, так и на один из них. При этом второй вход, не используемый, подключается к общему проводу. если выходной сигнал достиг уровня U _{вых max}, то на дальнейшее увеличение U _вх ОУ реагировать не будет.

По схеме включения, представленной на рис. 2.8. ОУ используется относительно редко, ибо его огромный коэффициент усиления в большинстве случаев не требуется. Вместе с тем, существуют сотни (!) вариантов схем на основе ОУ, Это многообразие вариантов обеспечивается совместным применением ОУ с небольшим количеством внешних, подключаемых к ОУ, элементов. Как правило, это пассивные элементы – диоды, резисторы, конденсаторы, предназначенные для создания обратных связей, как ООС, так и ПОС. Применение цепей обратной связи совместно с ОУ позволяет получить от электронных устройств точные, стабильные, предсказуемые характеристики, обеспечивает простую регулировку и эксплуатацию схем на ОУ.

Для сотен вариантов использования ОУ базовыми, основными являются три схемы: инвертирующий усилитель, неинвертирующий усилитель, дифференциальный усилитель.

1. Инвертирующий усилитель на основе ОУ (рис. 2.10)

 

Инвертирующий усилитель

 

Резистор R _ОС- создает обратную связь (ООС).

При анализе схемы делают допущения: k_ОУ= ¥, R_вх= ¥; R _вых =0. Такой ОУ считается идеальным.

Для точки "а" в соответствии с 1 законом Кирхгофа можно записать:

I ₁ + I _ос + I _вх =0, I _вх =0, т.к R _вх = ¥.

Тогда уравнение токов будет: I ₁ + I _ос =0 или I ₁ = - I _ос

Поскольку k_ОУ = ¥, то выходной сигнал ОУ U_o, необходимый для получения конечного значения U _вых, будет бесконечно мал. Можно принять его U ₀ » 0. Тогда потенциал точки "а" можно приравнять потенциалу общего провода и для токов записать выражения:

        

Поскольку токи равны, получим:  .

Откуда:

Отношение резисторов в последней формуле задает величину коэффициента усиления схемы по напряжению:

Знак "-" указывает на то, что выходной сигнал по знаку противоположен входному. Таким образом, коэффициент усиления схемы определяется лишь отношением сопротивлений резисторов.

Так, например,    если U _вх =+1В, R _ОС =100кОм, R ₁ =20кОм, то U _вых =-(100/20) × 1=-5В. Коэффициент усиления схемы будет настолько точным, насколько малы допуски на резисторы. Свойства же собственно ОУ, в частности – его k _ОУ, на коэффициент усиления схемы влияния не оказывают. Данный вывод подтверждает положительное влияние ООС на свойства усилителя, рассмотренное в разделе 2.2.

При необходимости регулировки выходного сигнала один из резисторов (R ₁ или R _ос) делается переменным.

 

2. Неинвертирующий усилитель.

 

Считаем ОУ идеальным: k_ОУ = ¥, R_вх = ¥, R_вых = ¥,

По первому закону Кирхгофа для точки "а" запишем: I ₁ + I _ос + I _вх =0,

I _вх =0, т.к R _вх = ¥.

Тогда получим: I ₁ + I _ос =0, I ₁ =- I _ос

Обозначим: I ₁ = I_oc = I.

Ток I, протекая через R ₁, создает на нем напряжение:

Поскольку: , то .

Напряжение в точке "а" отличается от U _вх на величину U _о. Но, т.к k_ОУ= ¥, то U_o=0. Поэтому U_a = U _вх. После преобразования получим:

;       ;

.

В последней формуле выражение в скобках является коэффициентом усиления схемы:

.

Как и в схеме инвертирующего усилителя, он зависит только от сопротивлений R _ОС и R ₁. Ценным свойством схемы является ее большое входное сопротивление, значительно больше, чем в собственно ОУ (сотни МОм). Чем оно выше, тем меньший ток будет потребляться от источника входного сигнала U _вх.

Во многих случаях от электронного устройства требуется высокое входное сопротивление, а коэффициент усиления по напряжению при этом может быть равным 1. При этом используется схема повторителя (рис. 2.12), являющаяся частным случаем схемы неинвертирующего усилителя. Она обладает максимальным возможным входным сопротивлением, а коэффициент усиления точно равен 1 (выходной сигнал "повторяет" входной). Это следует из выражения для  - если принять R _ОС =0 (закоротить его, убрать), то каким бы ни было R ₁, k_U =1. Поэтому R ₁ не устанавливается.

 

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: