Операционные схемы

На ОУ создаются схемы, предназначенные для выполнения различных операций над входными сигналами (сложение, вычитание, интегрирование, выделение модуля функции и т.д.). Такие схемы находят широкое применение в устройствах автоматического управления, в которых ОУ используется в различных режимах.

Сумматор. На рис.2.13 приведена схема операционного усилителя, выполняющего функцию суммирования двух входных напряжений. В этой схеме напряжения Uвх1 и Uвх2 создают на инверсном входе входные токи Iвх1 и Iвх2. Для входного внутреннего тока ОУ по аналогии с рис. 2.12. имеем: I* = Iвх1 + Iвх2.

а) б)

Рис. 2.13. Схема сумматора (а) и диаграммы его работы (б).

Выражая токи через соответствующие напряжения и сопротивления, получим:

Uвх1 / R + Uвх2 / R = - Uвых / Rос.

Откуда выходное напряжение сумматора:

Uвых = - (Rос/ R) (Uвх1 + Uвх2).

Следовательно, выходное напряжение представляет сумму входных напряжений Uвх1 и Uвх2. При этом отношение (Rос/ R) представляет собой коэффициент усиления ОУ с ОС.

Интегратор. Входное напряжение можно интегрировать c помощью устройства, схема которого приведена на рис.2.14. Если представить ток Iос, протекающий через конденсатор в ОС как

Iос = С dUвых /dt,

то, учитывая, что Iвх = - Iос, можно получить

Uвх / Rвх = - С dUвых /dt.

Откуда выходное напряжение интегратора

Uвых = - (1/ Rвх С)? Uвх dt,

т.е. напряжение на выходе усилителя оказывается пропорционально интегралу входного напряжения (“площадь S” входного напряжения – рис. 2.14.б.). Величина Rвх С является постоянной интегрирования в данной схеме.

а)	б)
Рис. 2.14. Схема интегратора (а) и диаграмма его работы (б).

Дифференциатор. Усилитель, выполненный по схеме рис.2.15, имеет на выходе напряжение, пропорциональное производной входного напряжения. В рассматриваемой схеме токи Iос и Iвх можно выразить через напряжения Uвх и Uвых следующим образом:

- (1/ С) dUвх /dt = Uвых / Rос.

Откуда

Uвых = - (1/ Rос С) dUвх /dt.

а)	б)
Рис. 2.15. Схема дифференциатора (а) и диаграмма его работы (б).

Следовательно, выходное напряжение пропорционально дифференциалу входного напряжения.

Поскольку на вход дифференциатора подается прямоугольный импульс, то производная по его вертикальным фронтам равна в пределе бесконечности, но на практике ограничена напряжением питания. Между передним и задним фронтами входное напряжение постоянное, производная от которого равна нулю, к чему приходит выходное напряжение с постоянной времени дифференцирования Rос С. На практике дифференциаторы применяются для выделения фронтов импульсных сигналов.

Дата добавления: 2014-01-15