Операционные усилители

Операционный усилитель – дифференциальный усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления по напряжению (К_u > 10000).

Операционный усилитель имеет два входа: инвертирующий и неинвертирующий (рис.3.11).

Рисунок 3.11 – Операционный усилитель

При подаче входного сигнала на инвертирующий вход на выходе получаем сигнал противоположный по знаку или по фазе U_вых = -K_uU_вх. При подаче входного сигнала на неинвертирующий вход на выходе получаем сигнал того же знака или фазы U _вых = K_uU_вх.

Операционные усилители обычно используются в схемах с отрицательными обратными связями. В схемах с отрицательными обратными связями можно обеспечить выполнение различных операций над входными сигналами.

Прямая связь между элементами схемы – сигнал с выхода предыдущего элемента подается на вход одного из последующих элементов в соответствии с основным направлением распространения сигнала.

Обратная связь – сигнал с выхода элемента схемы подается на вход этого же элемента или на вход одного из предыдущих элементов схемы.

Обратная связь называется отрицательной если сигнал обратной связи противоположен по знаку основному сигналу подаваемому на данный элемент.

Так как операционные усилители обладают большим коэффициентом усиления, то при построении схемы на операционном усилителе с достаточно глубокой отрицательной обратной связью, зависимость выходного сигнала от входного определяется параметрами элементов, включенных во входной цепи и в цепи обратной связи и практически не зависит от коэффициентов усиления самого операционного усилителя.

На основе операционных усилителей могут строится схемы, позволяющие выполнять различные математические операции над входными сигналами. При этом характер выполняемой операции определяется параметрами элементов, включенных во входной цепи и в цепи обратной связи.

Основные схемы включения операционных усилителей

1. Масштабный операционный усилитель (рис. 3.12, а).

В такой схеме во входной цепи и в цепи обратной связи включаются активные сопротивления

i

I₁

e

Рисунок 3.12 – Операционные схемы: масштабная (а), суммирующая (б), интегрирующая (в), дифференцирующая (г)

На основе схемы можно составить систему из пяти уравнений

I₁ = I₂ + i

U_вых = -K_u*e

Решим систему уравнений

Так как R₁/R_o и R₁/R_вх обычно устанавливаются в пределах 1/100…100, а коэффициент K_u>10000, то в выражении заключенном в скобки, всеми слагаемыми, кроме R₁/R_o, можно пренебречь с погрешностью < 1%.

При подаче входного сигнала на прямой (неинвертирующий) вход масштабного операционного усилителя (рис. 3.13) получим:

Рисунок 3.13 – Неинвертирующий масштабный операционный усилитель

2. Суммирующий операционный усилитель (рис. 3.12, б).

На вход может подаваться несколько входных сигналов и в цепи каждого сигнала включается активное сопротивление, в цепи обратной связи также включается активное сопротивление R₀.

При этом U_вых определяется алгебраической суммой U_вх, умноженных на различные масштабные коэффициенты.

3. Интегрирующий операционный усилитель (рис. 3.12, в).

Во входной цепи включается активное сопротивление R, а в цепи обратной связи – конденсатор С.

Основные зависимости такие же как и для масштабного операционного усилителя.

4. Дифференцирующий операционный усилитель (рис. 3.12, г)

В цепи обратной связи – активное сопротивление R, а во входной цепи – емкость С.

Существуют схемы операционных усилителей, позволяющие выполнить и другие математические операции над входными сигналами (логарифмирование, извлечение корня и другие операции).

На операционных усилителях могут быть построены схемы, позволяющие решать дифференциальные уравнения, моделировать технологические процессы и переходные процессы в схемах автоматического регулирования и управления.

На основе операционных усилителей строятся генераторы сигналов различной формы, компараторы, пороговые устройства и др.

4 ЦИФРОВЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

Дата добавления: 2014-01-13