Применение операционных усилителей

Функциональные свойства операционных усилителей в значительной степени определяются наличием обратной связи, которой он охвачен. Построение цепей обратной связи определяет не только основные показатели усилителя. но и характер выполняемых им преобразований входного сигнала.

Коэффициент усиления ОУ как схемы, охваченной обратной связью, определяется отношением

К_{U ОС} =

Разделив числитель и знаменатель на К_U, получим

К_{U ОС} =

Так как коэффициент усиления ОУ К_U очень большой (К_U >> 1), то

К_{U ОС} ≈ 1 / β.

Таким образом, коэффициент усиления определяется элементами, входящими в цепь обратной связи.

Рассмотрим некоторые типовые применения ОУ.

В аналоговых устройствах операционный усилитель работает, как правило, в линейном режиме. В этом случае напряжение на его выходе

U_ВЫХ = K U_ВХ. Обычно U_ВЫХ = 10 –12 В, а К =10⁴ – 10⁶ . При этих условиях при анализе схем можно принимать входное напряжение равным нулю.

Если входной сигнал поступает на неинвертирующий вход (рисунок 33), фазы входного и выходного сигналов совпадают. Цепь обратной связи между выходом и инвертирующим входом образована резисторами R1 и R2.

Рисунок 33 Неинвертирующий усилитель

В этом случае коэффициент передачи цепи обратной связи

β = R ₁/ (R₁ + R₂)

и коэффициент усиления

К_{U ОС} = 1 / β = 1 + R₂ / R₁.

Если R₂ = 0 и R₁ = ∞, то К_{U ОС} = 1 и операционный усилитель становится неинвертирующим повторителем.

Инвертирующий усилитель (рисунок 34) осуществляет инверсию фазы входного сигнала.

Рисунок 34 Инвертирующий усилитель

Так как можно принять U_ВХ =0, имеем I₁ = e_c / R₁ и I₂= – U_ВЫХ / R₂. У идеального операционного усилителя I_ВХ =0, тогда I₁ = I₂.

На основании этого получаем

К_{U ОС} = – U_ВЫХ / е_с = – R₂ / R₁.

Если принять R₂ = R₁, то схема преобразуется в инвертирующий повторитель с коэффициентом передачи К_{U ОС} = – 1.

Амплитудные характеристики для неинвертирующего и инвертирующего усилителей изображены на рисунке 35.

Рисунок 35 Амплитудные характеристики.

Изменяя соотношение сопротивлений R₂ и R₁ можно изменять коэффициент усиления усилителя, при этом будет изменяться наклон амплитудной характеристики.

Дата добавления: 2015-05-06