Практические схемы на операционных усилителях

Инвертирующий усилитель (рис.6.23.)

Инвертирующий усилитель (рис.6.23.) меняет знак выходного сигнала относительно входного и создается введением по инвертирующему входу 1 параллельной отрицательной обратной связи по напряжению через резистор R_ОС. Неинвертирующий вход 2 заземляется. Входной сигнал подается через резисторR₁на инвертирующий вход ОУ. Идеализация ОУ:

Входные токи ОУ равны нулю (I_ВХ= 0). Это возможно, когда входное сопротивление ОУR_ВХ.

Коэффициент усиления ОУ К_U. Тогда напряжение на входе.

Выходное сопротивление ОУ близко к нулю R_ВЫХ= 0.

Из первого положения идеализации следует, что ток I₁ =I_ОС, поэтому

, (6.23.)

а т.к. U = 0, тои следовательно

, (6.24.)

т.е. коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется параметрами только пассивной части схемы.

Если R_OC = R₁, тоK_U = –1, и схема на рис.6.23. представляет собой схему инвертора сигнала.

Неинвертирующий усилитель (рис.6.24.)

Неиевертирующий усилитель (рис.6.24.) содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, поданную по инвертирующему входу 1. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход 2.

Т.к. напряжение между входами ОУ равно нулю (U= 0), тоU_ВХ= U₂ = U₁, т.е.

, (6.25.)

поэтому коэффициент усиления

. (6.26.)

При R_OC = 0 илиR₁ =  схема на рис.6.24. представляет собой схему повторителя с К_U = 1.

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя равно входному сопротивлению ОУ по неинвертирующему входу, выходное сопротивление близко к нулю.

Преобразователь тока в напряжение (рис.6.25.)

Схема на рис.6.25. осуществляет преобразование тока в напряжение. Из схемы имеем , откуда

Инвертирующий сумматор (рис.6.26.)

Схема инвертирующего сумматора на рис.6.26. выполняется по типу инвертирующего усилителя (рис.6.23.) с числом параллельных ветвей на входе 1, равным количеству сигналов, предназначенных для сложения. Воспользуемся идеализацией ОУ как при рассмотрении инвертирующего усилителя. Пусть сопротивления резисторов одинаковы R₁ = R ₂ = … = R_n. ПриI_ВХ= 0 имеем

, (6.29.)

. (6.30.)

Суммирование может производиться с различными масштабирующими коэффициентами для каждого из слагаемых путем применения различных значений сопротивлений резисторов во входных ветвях. Если R₁ = R ₂ = … = R_n, то

Неинвертирующий сумматор (рис.6.27.)

Неинвертирующий сумматор выполняется по схеме на рис.6.27.

При U= 0 напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ равны:

. (6.32.)

При равенстве нулю тока по неинвертирующему входу I₁ + I₂ + …+ I_n = 0 или

. (6.33.)

. (6.34.)

Если , тоU_ВЫХ=U₁ + U₂ +…+ U_n.

Интегрирующий усилитель (рис.6.28.)

Схема интегратора создается заменой в схеме инвертирующего усилителя резистора R_OC конденсатором. ТокI₁ = I_OC, поэтому

,

. (6.35.)

Будем считать, что u_ВЫХ(0) = 0 иRC= Тпостоянная интегрирования. Тогда.

Дифференцирующий усилитель (рис.6.29.)

Схема дифференцирующего усилителя создается заменой в схеме инвертирующего усилителя резистора R₁ конденсатором. Напряженияu₁ = u₂ =0, поэтомуu_C = u_ВХ. ТокI_С = I_OC, поэтому

,

. (6.36.)

Практическое применение операционных усилителей.Часть первая.

Всем привет.
В этой статье мы обсудим некоторые аспекты практического применения операционных усилителей в повседневной жизни радиолюбителя.
Не растекаясь мыслею по древу и не вдаваясь в дремучие теоретические основы работы вышеозначенного усилителя, давайте все же обозначим некоторые основные термины и понятия, с которыми нам предстоит столкнуться в дальнейшем.
Итак — операционный усилитель. Далее будем называть его ОУ, а то очень лень писать каждый раз полностью.
На принципиальных схемах, чаще всего, он обозначается следующим образом:

На рисунке обозначены три самых главных вывода ОУ — два входа и выход. Разумеется, есть еще выводы питания и иногда выводы частотной коррекции, хотя последнее встречается все реже — у большинства современных ОУ она встроенная. Два входа ОУ — Инвертирующий и Неинвертирующий названы так по присущим им свойствам. Если подать сигнал на Инвертирующий вход, то на выходе мы получим инвертированный сигнал, то бишь сдвинутый по фазе на 180 градусов — зеркальный; если же подать сигнал на Неинвертирующий вход, то на выходе мы получим фазово не измененный сигнал.

Так же как и основных выводов, основных свойств ОУ тоже три — можно назвать их ТриО (или ООО — кому как нравится): Очень высокое сопротивление входа, Очень высокий коэффициент усиления (10000 и более), Очень низкое сопротивление выхода. Еще один очень важный параметр ОУ называется скорость нарастания напряжения на выходе (slew rate на буржуинском). Обозначает он фактически быстродействие данного ОУ — как быстро он сможет изменить напряжение на выходе при изменение оного на входе.
Измеряется этот параметр в вольтах в секунду (В/сек).
Этот параметр важен прежде всего для товарищей, конструирующих УЗЧ, поскольку, если ОУ недостаточно быстрый, то он не будет успевать за входным напряжением на высоких частотах и возникнут изрядные нелинейные искажения. У большинства современных ОУ общего назначения скорость нарастания сигнала от 10В/мксек и выше. У быстродействующих ОУ этот параметр может достигать значения 1000В/мксек.
Оценить — подходит ли тот или иной ОУ для ваших целей по скорости нарастания сигнала можно по формуле:

где, fmax — частота синусоидального сигнала, Vmax — скорость нарастания сигнала, Uвых — максимальное выходное напряжение.
Ну да не будем больше тянуть кота за хвост — приступим к главной задаче этого опуса — куда, собственно, эти клевые штуки можно воткнуть и что из этого можно получить.

Первая схема включения ОУ — инвертирующий усилитель.

Наиболее популярная и часто встречающаяся схема усилителя на ОУ. Входной сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к общему проводу.
Коэффициент усиления определяется соотношением резисторов R1 и R2 и считается по формуле:

Почему "минус"? Потому что, как мы помним, в инвертирующем усилителе фаза выходного сигнала "зеркальна" фазе входного.
Входное сопротивление определяется резистором R1. Ежели его сопротивление, например 100кОм, то и входное сопротивление усилителя будет 100кОм.

Следующая схема — инвертирующий усилитель с повышенным входным сопротивлением.
Предыдущая схема всем хороша, за исключением одного нюанса — соотношение входного сопротивления и коэффициента усиления может не подойти для реализации какого-либо специфического проекта. Ведь что получается — допустим, нам нужен усилитель с К=100. Тогда, исходя из того, что значения резисторов должны быть в разумных пределах берем R2=1Мом, а R1=10кОм. То есть, входное сопротивление усилителя будет равным 10 кОм, что в некоторых случаях недостаточно.
В этих самых случая можно применить следующую схему:

В данном случае, коэффициент усиления считается по следующей формуле:

То есть, при том же коэффициенте усиление сопротивление R1 можно увеличить, а значит и повысить входное сопротивление усилителя.

Едем дальше — неинвертирующий усилитель.
Выглядит он следующим образом:

Коэффициент усиления определяется так:

В данном случае, как видите, никаких минусов нет — фаза сигнала на входе и на выходе совпадает.
Основное отличие от инвертирующего усилителя заключается в повышенном входном сопротивлении, которое может достигать 10Мом и выше.
Если при реализации данной схемы в практических конструкциях, необходимо предусмотреть развязку с предыдущими каскадами по постоянному току — установить разделительный конденсатор, то нужно между входом ОУ и общим проводом включить резистор сопротивлением около 100кОм, как показано на рисунке.

Если этого не сделать, то ОУ перевозбудится и ничего дельного вы от него не получите. Ну кроме половины питания на выходе.

Усилитель с изменяемым коэффициентом усиления.

Примем R1=R2=R3=R. И введем некую переменную А, которая может принимать значения от 1 до 0 в зависимости от поворота движка переменного резистора R3.
Тогда коэффициент усиления можно определить так:
K=2A-1
Входное сопротивление практически не зависит от положения движка переменного резистора.
Так, с усилителями разобрались — дальше у нас по плану — фильтры.

Рассмотрены параметры, характеризующие ОУ и базовые схемы включения ОУ. Приведены практические схемы различных устройств с использованием ОУ.

Цель книги — помочь широкому кругу радиолюбителей в овладении навыками практического использования ОУ в разрабатываемых конструкциях.

Для широкого круга радиолюбителей.

Введение

• Интегральные операционные усилители
• Параметры ОУ
• Базовые схемы включения ОУ
• Применение ОУ в линейных схемах
• Применение ОУ в источниках питания
• Применение ОУ в генераторах сигналов
• Схемы для измерения параметров транзисторов
• Типовые схемы балансировки и измерения входных погрешностей ОУ
• Увеличение нагрузочной способности ОУ
• Устойчивость ОУ
• Приложение. Сводная таблица параметров операционных усилителей

Автор: В. Д. Лихачев
Страниц: 81
Формат: PDF
Размер: 10.92 MB
Язык: Русский
Год издания: 1981
Скачать : Практические схемы на операционных усилителях
В случае обнаружения "битых" ссылок — Вы можете оставить комментарий, и ссылки будут восстановлены в ближайшее время.

Сохрани статью на своей странице и поделись с друзьями: