Задача1 (выбирается по последней цифре номера зачетки)

Задача1 (выбирается по последней цифре номера зачетки)

УСИЛИТЕЛИ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

Краткие теоретические сведения

Принципиальные схемы интегральных усилителей, как правило, значительно сложнее своих дискретных аналогов. Интегральные микросхемы (ИМС) должны обеспечивать возможно большую универсальность и многофункциональность, чтобы снизить стоимость изделий и повысить эффективность производства. Большинству ИМС свойственны функциональная избыточность и широкое использование ОС для выполнения различных функций.

Интегральный усилитель представляет собой законченный функциональный блок, изготовленный в одном корпусе, и в его принципиальной схеме недопустимы какие-либо изменения, не предусмотренные в описании ИМС. В большинстве случаев отпадает необходимость в расчете, сборке и настройке отдельных каскадов. На первый план выдвигается разработка сложной электронной аппаратуры, специальных усилителей с применением готовых унифицированных узлов. Зная принципы построения усилительных каскадов на дискретных элементах и основные способы введения ОС, можно понять смысл построения и работу любой микросхемы.

Усилители на ИМС с малой степенью интеграции. К первой степени интеграции относят ИМС, содержащие до 10 компонентов. Имеются заготовки отдельных типовых усилительных узлов: одно- и двухкаскадные, каскодные, балансные, дифференциальные. В одних ИМС режим работы транзисторов определен и не подлежит изменению. В других предусмотрена возможность изменения режима работы в пределах допустимой мощности рассеяния и напряжения. Эти изменения допускаются при соответствующей коммутации компонентов ИМС. В третьих получение значительного разнообразия вариантов схемных решений и режимов работы достигается путем добавления внешних (навесных) деталей.

При использовании ИМС в усилителях в первую очередь необходимо обеспечить подачу требуемых питающих напряжений. Должны быть соблюдены все требования ТУ на ИМС, особенно предельно допустимых напряжений, токов и мощностей рассеяния на каждом элементе. Для гибридных ИМС эти данные, в частности номиналы входящих в схему резисторов, обычно указываются. Для полупроводниковых ИМС указываются только питающие напряжения и максимально допустимая величина потребляемого тока.

Для расчета параметров усилителей на ИМС в области нижних частот можно рекомендовать упрощенные расчеты.

Например, коэффициент усиления каскада на биполярном транзисторе в нормальных условиях:

(1.1)

Он же, но при наличии эмиттерной ОС:

, (1.2)

входное сопротивление транзистора . Обычно параметр неизвестен, его значение можно определить путем измерения. Ориентировочно допустимо принять .

Виртуапьное заземление

Понятие виртуального заземления оказывает большую помощь в изучении ОУ. Из примера 1.1 следует, что разность напряжения на входах должна бытьочень малой, иными словами, U_(+IN) ≈ U_-IN. Это означает, что если один из входов подключен к земле, другой вход виртуально заземлен. Понятие виртуального заземления означает, что два входа являются в некотором приближении короткозамкнутой цепью в том смысле, что их напряжения должны быть одинаковыми. Входы ОУ не являются короткозамкнутой цепью в том смысле, что какой-либо ток может протекать между ними. Сопротивление между входами U_(+IN) и U_(-IN) поддерживается очень высоким, поэтому ток между ними практически отсутствует.

Инвертирующий усилитель

На рис. 1.2 приведена основная схема инвертирующего усилителя на основе ОУ. Входное напряжение подается на отрицательный вход через резистор R1, а резистор обратной связи Rf включен между входом и выходом. Читатель не должен путать входное напряжение схемы Vвх, которое подведено к R1, с напряжением на входах ОУ U_(+IN) или V_(-IN). В большинстве схем, включая и эту, они различны.

Рис. 1.2. Инвертирующий усилитель

Коэффициент усиления этой схемы очень легко вычислить с помощью понятия виртуального заземления. Так как напряжение положительного входа равно потенциалу земли, напряжение отрицательного входа также должно быть нулевым. Кроме того, ток, протекающий через R1 должен также протекать и через Rf, если предполагается, что входное сопротивление ОУ очень высокое. На основании принятых допущений можно записать:

(1.2)

Уравнение (1.2) показывает, что коэффициент усиления этой схемы определяется только сопротивлением резисторов и не зависит от характеристик ОУ. Это справедливо, если только ОУ не откажет полностью. Отрицательная обратная связь в этой схеме очень высокая, поэтому выходной сигнал обладает высокой стабильностью.

Пример 1.2

На рис.1.2 R1 = 5 кОм и Rf = 50 кОм. Коэффициент усиления ОУ при разомкнутой цепи обратной связи равен 200 000. Если Vвх = 0, 5 В.

Определить:

а) коэффициент усиления;

б) токи i1 и i2;

Av = Rf/R1 – (Vвых /Aol)(l/R1 + 1/Rf). (1.3)

Выражение (1.3) является более точной формулой для определения коэффициента усиления. Из него следует, что коэффициент усиления зависит также от Аol. Однако при увеличении Аol второй член уравнения уменьшается и (1.3) упрощается до (1.2).

Неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель нельзя построить простым заземлением минусового входа и подачей входного сигнала на плюсовой вход, так как если Vвх и Vвых положительны, невозможно получить напряжение на выводе +IN ниже потенциала заземления. Однако неинвертирующий усилитель можно получить включением резисторов между входом и выходом, как показано на рис. 1.3. Для анализа этой схемы, предположим, что выходное напряжение равно V вых. Тогда

Рис.1.3. Неинвертирующий усилитель.

(1.4)

Пример 1.3

Напряжение Vвх = 0, 5 В подается на вход неинвертирующего ОУ (рис. 1.3). Определить выходное напряжение и напряжение на входе ( -IN), если R1 = 1 кОм и Rf = 4 кОм.

Суммирующий усилитель

Схема на рис. 1.4 является резистивной суммирующей цепью. Напряжение в точке А

(1.5)

Если R1 = R2 = R3 = R и VA поддерживается небольшим за счет выбора Ra « R, то (1.3) упрощается

(1.6)

Рис. 1.4. Резистивная суммирующая цепь. Рис.1.5. Суммирующий усилитель.

Таким образом, VA пропорционально сумме приложенных напряжений.

Уравнение (1.6) становится менее точным при более высоких напряжениях или при дальнейшем увеличении VА. К недостаткам схемы также следует отнести малое значение VA. Добавление ОУ значительно улучшает точность этой схемы.

Суммирующий ОУ показан на рис. 1.5. ОУ устанавливает входное напряжение, которое соответствует VA на рис. 1.4, равным потенциалу заземления. Выходной ток является суммой входных токов:

if= i1 + i2 + i3.

Если резисторы равны между собой и равны Rf, выходное напряжение будет равно Vi + V2 + V3.

Пример 1.4

В схеме на рис. 1.5

Если резисторы на рис. 1.5 не равны, схема называется масштабирующей, или весовой схемой суммирования. Выходные напряжения масштабируются весовым коэффициентом каждого резистора. Уравнение для масштабирующей схемы суммирования имеет вид:

Vвых = - if Rf = (i1+i2+ i3)Rf = Rf (V1 /R1 +V2 /R2 + V3/R3). (1.7)

Масштабирующая схема суммирования часто используется в цифро-аналоговых преобразователях (ЦАП), которые преобразуют цифровой сигнал на входе в аналоговый сигнал на выходе добавлением разрядов, преобразующих масштаб соответствующим весовым коэффициентом. Возможно, более простым путем для выполнения этого является увеличение каждого резистора в два раза по сравнению с предыдущим резистором.

Пример 1. 5

В схеме на рис. 1.5

Повторитель напряжения

Повторитель напряжения - это схема ОУ, которая используется для развязки входа и выхода, или нагрузки. Она работает как суперэмиттерный повторитель. Перечислим основные характеристики повторителя напряжения.

Отметим, насколько близко повторитель напряжения приближается к идеальному эмиттерному повторителю.

Характеристики ОУ

При анализе ОУ в предыдущем разделе и при рассмотрении некоторых его наиболее распространенных включений в схемы предполагалось, что ОУ имеет идеальные характеристики: высокий коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи и высокое входное сопротивление. В этом разделе характеристики существующих ОУ изучаются более подробно.

На рис.1. 7 представлена упрощенная основная схема ОУ. Транзисторы Q1 и Q2 образуют дифференциальный усилитель, a Q3 является стабилизированным источником постоянного тока. Наличие эмиттерных резисторов и стабилизированного источника постоянного тока создает высокое входное сопротивление ОУ. Транзисторы Q4 и Qs образуют промежуточный каскад усиления для увеличения коэффициента усиления ОУ. Транзисторы Q7 и Q8 управляются Q6 и формируют комплементарный выход, который может быть как положительным, так и отрицательным. Схема подобна выходному каскаду усилителя мощности, но предназначена для создания комплементарного выхода, а не выхода по мощности.

Микросхема uА741 (обычно называемая просто 741) относится к недорогим и наиболее доступным существующим ОУ. Его характеристики приведены в перечне технических характеристик на рис. 1.8. Хотя 741 и не является самым лучшим или самым современным ОУ, он подходит для многих применений и широко используется.

На рис. 1.8, a показан 741 в корпусе. Микросхема 741С в DIP-корпусе с восемью выводами используется наиболее широко и внешне похожа на микросхему таймера 555. На рис. 1.8. (на второй странице технических характеристик) помещены принципиальная электрическая схема (слишком сложная, чтобы рассматривать ее здесь) и максимально допустимые параметры ОУ. На третьей странице (рис. 1.8.) даны электрические характеристики, которые будут рассмотрены в следующих разделах. На рис. 1.8. приведены частотные характеристики и некоторые тестовые схемы, а на рис. 1.8. - некоторые из наиболее важных графических характеристик.

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ uА741М И uА741С

Рис. 1.8. Технические характеристики ОУ uА741 (предоставлено фирмой Texas Instruments, Inc.)

Принципиальная схема

Рис. 1.8. (Продолжение.)

Входное сопротивление

Рис.1.8.(Окончание).

Пример 1.6

Предположим, что в инвертирующем усилителе (рис. 1.2) используется типичный ОУ 741. Какой величины ток протекает между входами —IN и + IN?

Решение

В примере 11.2 было определено, что напряжение на входе — 1N равно 25 мкВ. Следовательно, ток

= U_(-IN) /RTИП = 25 мкВ/2 * 106 = 12, 5 пА.

Конечно, входное сопротивление схемы может отличаться от входного сопротивления ОУ. В неинвертирующем усилителе (рис. 1.3) входное напряжение подается непосредственно на вход +IN. В этом случае входное сопротивление схемы и ОУ совпадают и имеют очень высокое значение. В инвертирующем усилителе (рис. 1.2), однако, входное сопротивление определяется в основном R1, потому что U_(-IN) имеет нулевой потенциал. Таким образом, входное сопротивление инвертирующего усилителя много ниже.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление ОУ должно быть очень низким, таким, чтобы нагрузка не оказывала влияния на его выход. Выходное сопротивление типичного ОУ 741 равно 75 Ом (рис. 1.8). Это собственное выходное сопротивление ОУ, однако в большинстве схем обратная связь значительно уменьшает это сопротивление.

Выходное сопротивление схемы на ОУ можно определить, подавая напряжение на выход и заземляя вход. Для инвертирующего ОУ это показано на рис. 11.9, где R0-собственное выходное сопротивление ОУ. Входное сопротивление предполагается настолько большим, что ток не поступает на вход —IN. Ток, создаваемый V0, равен

Рис. 1.9. Определение выходного сопротивления инвертирующего ОУ.

После подстановки получаем

(1.8)

Так как Аol велико, первый член (1.10) много меньше второго и им можно пренебречь. Если r0-выходное сопротивление схемы, то

(1.9)

Пример 1.7

Определить выходное сопротивление схемы в примере 1.2.

Решение

В примере 11.2 рассматривался инвертирующий усилитель с R1 = 5 кОм и Rf = 50 кОм.

Дрейф параметров ОУ

Другие типы ОУ

ОУ 741 является ОУ на биполярных плоскостных транзисторах. Все схемы, рассмотренные в этом разделе в качестве примера, были построены на этом ОУ, так как он реально доступен и очень широко используется как основной ОУ. Конечно, существует множество других ОУ, и читатель может выбрать по каталогам, поставляемым изготовителями, наиболее подходящий ОУ для конкретного применения.

TL080 является более новым и быстродействующим ОУ. Это комбинированный ОУ, выполненный на биполярных транзисторах, на его входе стоит полевой транзистор с управляющим /ш-переходом. В табл. 1.1 проведено сравнение параметров 741 и TL080. Так TL080, благодаря установке на входе полевого транзистора, имеет более высокое входное сопротивление и много меньшие токи смещения и сдвига. TL080 имеет также более высокое произведение коэффициента усиления на ширину полосы частот и большую максимальную скорость нарастания напряжения. Коэффициенты усиления и КОСС этих ИС сравнимы. TL080 является более качественным ОУ, но он дороже и не так доступен. Во многих случаях преимущества TL080 не имеют особого значения, и достаточно использовать 741.

Интегратор на ОУ

Электронную интегрирующую цепь можно построить на основе ОУ (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Основная схема интегратора на ОУ.

Так как виртуальное заземление поддерживает на входе —IN потенциал заземления, запишем

(1.11)

где Vc - начальное напряжение на конденсаторе. Знак минус возникает за счет инверсии ОУ.

В (1.11) падение напряжения на конденсаторе V no сути то же самое, что и Vвых, поскольку одна обкладка конденсатора подключена ко входу —IN, виртуально заземленному.

Чтобы получить начальное напряжение на конденсаторе, следует зарядить конденсатор до требуемого напряжения и затем разомкнуть механический или электрический ключ, когда начинается интегрирование. Этот процесс иллюстрируется примером 1.12.

Пример 1.12

Для схемы на рис. 11.15, а определить Vвых как функцию времени, если ключ S1 разомкнут, a S2 в это же самое время замкнут.

Рис. 1.15. a-схема и 5-формы выходного напряжения к примеру 1.12.

Практический интегратор

В идеальном конденсаторе ток утечки отсутствует. Поэтому, если в интегрирующей схеме (рис. 1.14) используется идеальный конденсатор, постоянная составляющая от входа к выходу не передается. К сожалению, это означает, что схема будет интегрировать и напряжение смещения нуля и ток сдвига, и на выходе будет формироваться линейно-изменяющееся напряжение даже в отсутствие входного напряжения. В конечном итоге это линейно-нарастающее напряжение переведет ОУ в режим насыщения.

Рис. 1.16. Интегратор с коррекцией ошибки постоянного тока

Примечание.Ключ S предназначен для периодической установки нулевого потенциала на обкладках С в отсутствие входного сигнала.

На рис. 1.16 приведена схема интегратора, которая дает три варианта минимизации влияния напряжения смещения нуля и токов сдвига. Ключ, который может быть или механическим, или электрическим, можно использовать для периодического разряда конденсатора, или установки начальных условий. Во многих схемах ключ замыкается для разряда конденсатора и установления начального напряжения на выходе, равным 0 В. Интегрирование начинается при разомкнутом ключе.

Резистор Rd иногда используется для уменьшения влияния напряжения смещения нуля. Без этого резистора постоянное выходное напряжение равно А0l V0S при наличии Rd в схеме оно становится равным V0S Rd /R1.

Пример 1.13

а.

б.

1.17. Отклик интегратора на прямоугольные входные импульсы: а-вход; б-выход.

Схема интегратора с R = 10 кОм и С = 0, 22 мкФ была испытана в лаборатории. Прямоугольные импульсы подавались на вход, а с выхода снимались сигналы треугольной формы (рис. 1.17). Если Rd не было включено в схему, выходной сигнал смещался до тех пор, пока его положительная или отрицательная вершина не достигала насыщения. Когда параллельно конденсатору включалось Rd = 1 МОм, становилось возможным удерживать выходное напряжение на границе выхода из режима насыщения.

Пример 1.14

Какова наименьшая частота интегрирования для только что рассмотренной схемы?

Решение

Поскольку Rd = 1 МОм и С=0, 22 мкФ, то

Если требуется точное интегрирование, наименьшая частота интегрируемого сигнала должна быть равна полученному значению, умноженному на 10, т. е. 7, 2 Гц. Точность этой схемы снижается на очень низких частотах.

Резистор Rs можно использовать для уменьшения влияний входных токов смещения и сдвига. Как и прежде, Rs должно быть равно параллельно включенным R1 и Rd. Однако, поскольку Rd имеет высокое значение, Rs можно брать равным R1. Этот выбор также справедлив, если Rd в схеме отсутствует.

Дифференциатор

ОУ можно также использовать для создания схем дифференциаторов, где выходное напряжение пропорционально производной входного напряжения. Схема на рис. 1.18 является схемой идеального дифференциатора и описывается уравнениями:

Рис. 1.18. Дифференциатор на ОУ

Таким образом, выходное напряжение пропорционально производной входного напряжения.

К сожалению, дифференцирующие схемы имеют большой коэффициент усиления на высоких частотах. Если синусоидальное колебание A sin со/ подается, например, на интегратор, выходное напряжение будет (—A/ω ) cosω t. Это выходное напряжение уменьшается при увеличении частоты. Если та же самая синусоида подается на дифференциатор, то теперь выходное напряжение равно A ω cosω и возрастает при увеличении частоты. Так как дифференциатор усиливает высокочастотные сигналы, он чувствителен к шумам и колебаниям. Это является причиной, по которой интеграторам часто отдается предпочтение по сравнению с дифференциаторами.

В [1] показано, что схемы дифференциаторов можно откорректировать таким образом, что они будут подавлять высокочастотные сигналы. На рис. 1.19 приведена схема дифференциатора с частотной коррекцией. Он дифференцирует частоты ниже f1, где

f1 = 1/(2π Rс, C)

и интегрирует частоты выше f2, где f2 = 1/(2 π RCc).

Рис. 1.19. Дифференциатор с частотной Примечание: Тонкой линией изображена коррекцией (а) и его АЧХ (б) [1] (©и АЧХ при разомкнутой цепи обратной связи, разрешение фирмы John Wiley & Sons, толстой-АЧХ дифференциатора.Inc.).

Значения f1 и f2 могут устанавливаться резисторами и конденсаторами схемы. Как правило, f2 выбирается равной или немного выше f1. Эта схема является стабильным дифференциатором для частот несколько выше f1.

Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель используется для усиления разности между двумя входными напряжениями. Во многих случаях эта разность мала и существует при наличии большого синфазного сигнала, поэтому бывает необходимо вводить сильное ослабление синфазного сигнала.

Виртуальное заземление обусловливает такое же напряжение на входе -IN. Следовательно, ток через резисторы, подключенные ко входу —IN, равен

i = (V1 -U_(-IN) )/R1 = (V1 – V_(+IN)) /R1

и Uвых= U_(-IN) — iR2,

(1.16)

Из (11.16) следует, что выходное напряжение дифференциального усилителя равно разности входных напряжений, умноженной на коэффициент R2/R1.

Измерительные усилители

Измерительный усилитель обычно используется для усиления небольших дифференциальных сигналов при наличии большого синфазного сигнала. При этом он должен иметь очень высокое входное сопротивление, чтобы не влиять на источники сигналов.

Измерительные усилители часто используются для усиления выходного напряжения преобразователей. Во многих случаях преобразователи включаются как одно из плеч мостовой схемы (рис. 1.25). Сопротивление преобразователя изменяется в зависимости от колебаний температуры или давления, что в свою очередь вызывает изменение напряжения между точками

Рис. 1.25. Пример использования мостовой схемы с преобразователем в качестве источника сигнала в метрополитене [2] (© и разрешение фирмы John Wiley & Sons, Inc.).

А и В. Изменение напряжения будет усиливаться дифференциальным усилителем (рис. 1.24), но заметим, что в данном случае входное сопротивление дифференциального усилителя ограничивается R1. Если требуется высокое входное сопротивление, можно использовать измерительный усилитель, показанный на рис. 1.26. Это дифференциальный усилитель, в котором используется пара повторителей напряжения. Здесь входное сопротивление определяется входным сопротивлением повторителей напряжения и может быть очень высоким, особенно если повторители напряжения имеют на входе ОУ на полевых транзисторах.

Практическая схема измерительного усилителя представлена на рис. 1.27. Входные усилители A1 и А2 имеют некоторый дифференциальный коэффициент усиления, тогда как коэффициент усиления синфазных входных напряжений равен единице. Эти напряжения не поступают на вход усилителя

Рис. 1.26. Измерительный усилитель, с и разрешение фирмы

John Wiley & Sons, высоким входным сопротивлением [2] (© Inc.).

Рис. 1.27. Практическая схема измерительного усилителя (предоставлено фирмой Texas Instruments, Inc.).

Aз как дифференциальные сигналы, потому что если они имеют равные уровни на обоих концах резистора R2, они взаимно компенсируются и не поступают на вход усилителя А3. Потенциометром R7 осуществляется регулировка для лучшего подавления синфазного сигнала, а потенциометр усилителя А3 используется для установки нуля на выходе.

Пример 1.16

Предположим, что все резисторы (рис. 11.25), включая сопротивление преобразователя, имеют сопротивление по 500 Ом, и что Vs = 10 В. Тогда напряжение VAB=0 В и выходное напряжение тоже будет равно 0 В. Теперь предположим, что сопротивление преобразователя изменилось до 525 Ом вследствие изменения измеряемой температуры или давления. Предположим также, что R2 ограничено 1 МОм. Если выходное напряжение усилителя равно при этих условиях 5 В и используется дифференциальный усилитель, определить его коэффициент усиления и входное сопротивление.

Логарифмические усилители

Логарифмический усилитель имеет на выходе напряжение, пропорциональное натуральному логарифму входного напряжения. Чтобы получить эту зависимость, необходимо включить в схему логарифмический элемент. На

рис. 1.28 показаны два логарифмических усилителя. На рис. 1.28, а в качестве логарифмического элемента используется диод. Обычный диод типа 1N914 будет осуществлять логарифмирование выше некоторого порогового значения. На рис. 1.28, 6 вместо диода используется транзистор с общей базой. Напряжение перехода база-эмиттер является логарифмическим элементом этой схемы. Транзистор используется чаще, потому что для него легче выполнить температурную компенсацию схемы. В любой схеме напряжение насыщения выходного диода равно примерно 0, 6 В, поэтому для правильной работы выходное напряжение не должно превышать этой величины. Если требуются более высокие выходные напряжения, за логарифмической цепью должен следовать усилитель.

Фильтры

Фильтры-это схемы, которые пропускают некоторые частоты и подавляют остальные. АЧХ четырех типов фильтров приведены на рис. 1.31. Фильтр верхних частот подавляет низкие частоты. Фильтр нижних частот был рассмотрен при анализе высокочастотной области АЧХ усилителей.

Рис. 1.31. АЧХ фильтров: а- фильтр нижних частот; б- фильтр верхних частот; в – полосовой фильтр; г- режекторный фильтр [1](© и разрешение фирмы John Wiley & Sons, Inc.).Примечание. Vпп –напряжение на уровне полосы пропускания.

Полосовой фильтр можно получить комбинацией фильтров нижних и верхних частот.

Фильтры бывают пассивные и активные. Пассивные фильтры строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности. В активных фильтрах используются усилители, часто ОУ, для улучшения их характеристик. Активные фильтры имеют следующие преимущества:

Обеспечивают высокое входное сопротивление, поэтому не ухудшают эксплуатационные данные схемы.

Улучшают развязку, поскольку перестраиваемые секции фильтра не связаны между собой.

Усиливают сигнал.

Катушки индуктивности в них могут быть заменены конденсаторами, особенно в схемах на ОУ. Конденсаторы обычно менее дороги и более доступны.

Низкочастотные фильтры можно построить на элементах малых номиналов.

На рис. 1.32 представлены пассивный и активный фильтры нижних частот. В активном фильтре используется неинвертирующий ОУ с фильтром нижних частот на входе. Верхняя частота полумощности этой схемы

fh = 1/(2π RC).

Заключение

Если не считать транзистор, ОУ, пожалуй, является самым распространенным элементом аналоговых схем. Итак, в этой главе сначала были рассмотрены принцип действия ОУ и наиболее широко используемые схемы на ОУ. Затем изучались характеристики ОУ, чтобы читатель мог правильно выбрать ОУ для конкретного использования. В конце главы были представлены некоторые наиболее известные схемы на ОУ, такие, как интеграторы, дифференциаторы, логарифмические усилители, и другие.

Задачи

1. Амплитуда колебаний на выходе ОУ ограничена +12 В. Какова должна быть предельная амплитуда на входе U_(-IN) для работы в линейном режиме, если коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи 200000 и вход U_(+IN) подключен к земле?

2. Инвертирующий ОУ имеет R1 = 5 кОм и Rf = 25 кОм. Каков его коэффициент усиления? Решить эту задачу для неинвертирующего усилителя.

3. Предположим, что в инвертирующем усилителе (задача 2) входное напряжение равно 2 В. Определить напряжение на входе — 1N, если A0l = 200 000. Решить задачу, если входное напряжение равно —2 В.

4. Предположим, что выходное напряжение ОУ ограничено + 12 В. Каковы ограничения на его входные напряжения?

5. Для схемы определить выходное напряжение, если а) R1 = R2 = R3 = R4 = 2 кОм;

б) V3 изменяется от 0, 3 В до —0, 3 В.

6. Решить задачу 5, если R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм, R3 = 3 кОм и R4 = 4 кОм.

8. В схеме Rf заменить на 50 кОм. Если ток смешения, протекающий через оба входа, равен 400 нА,

а. Каково выходное напряжение, если вход +IN заземлен?

б. Каково необходимое сопротивление резистора, который должен быть подключен к плечу

+ IN?

в. Если резистор с таким сопротивлением подключен к плечу + IN, определить

напряжение на входе +IN;

напряжение на входе —IN;

ток через R1;

ток через Rf;

выходное напряжение.

9. Решить задачу 8, если ток смещения входа —IN равен 500 нА, а ток смещения входа + IN равен 300 нА.

10. Инвертирующий усилитель имеет R1 = 15 кОм и настроен на коэффициент усиления, равный 5. Определить выходное сопротивление схемы с обратной связью, если его выходное сопротивление равно 100 Ом и Аol = 100000.

11. Дана АЧХ ОУ TL080. Определить произведение коэффициента усиления на ширину полосы частот

а) на частоте сопряжения;

б) на частоте 1 кГц;

в) когда коэффициент усиления равен 1.

12. На рисунке показан отклик TL080 на импульс с большой амплитудой. Определить его максимальную скорость нарастания напряжения.

13. ОУ имеет максимальную скорость нарастания напряжения 5 В/мкс. За какое время выходное напряжение изменится от +3 до —3 В?

14. Рассчитать интегратор, подобный изображенному, выходное напряжение которого линейно изменяется от + 5 до —10 В в течение 10 мс.

15. Схема на рис. а имеет форму выходного напряжения, показанную на рис. б. Предположим, что конденсатор первоначально разряжен и не имеет утечки. Правильно ли указаны критические значения напряжений на рисунке?

16. Для схемы Vos = 4 мВ. Определить

а) выходное напряжение, вызываемое Vos;

б) основное выражение для выходного напряжения, как функции входного;

в) наименьшую частоту интегрирования.

17. Рассчитать интегратор на ОУ таким образом, чтобы Vвых = 200 Vвх dt. Каково сопротивление Rd, если минимальная частота интегрирования должна быть 20 Гц?

18. Для схемы предположим, что Rc = R = 100 кОм. Определить значения С и Сс, если схема дифференцирует сигналы до 100 Гц и интегрирует сигналы свыше 300 Гц.

19. В схеме R1 = 100 кОм, R2 = 250 кОм и R3 = 50 кОм. Описать выходное напряжение как функцию входных напряжений, если С = 1 мкФ.

20. Составить схему для решения дифференциального уравнения

Использовать конденсаторы емкостью 1 мкФ.

21. Составить схему для решения дифференциального уравнения

22. Для схемы предположить, что Rl = 10 кОм и R2 =50 кОм.

а. Зарисовать Vвых, если Vl линейно изменяется от 3 до 5 В, a V2 остается равным 4 В.

б. Каково входное сопротивление этого усилителя?

23. Рассчитать дифференциальный усилитель, выходное напряжение которого

Vвых = 20(V1 - V2).

24. Для схемы предположить, что все резисторы, включая сопротивление преобразователя, имеют сопротивление 1000 Ом. Определить выходное напряжение, если сопротивление преобразователя 1050 Ом; 950 Ом.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒