Дифференциальный усилитель

Дифференциальная схема на основе ОУ (рис.6.5) обеспечивает уси­ление сигналов на каждом из дифференциальных входов в Roc/R1 раз. В результате выходное напряжение оказывается равным разности напряже­ний между двумя входными сигналами, умноженной на коэффициент пе­редачи:

(6.11)

Рис. 6.5. Принципиальная схема дифференциального усилителя на ОУ

Выведем уравнение (6.11). Используя предположение об идеально­сти ОУ, можно записать следующее выражение для напряжения на неин-вертирующем входе:

Из уравнения входного контура 1 имеем:

Для выходного контура:

Уравнение для суммирующей точки:

(6.12) (6.13) (6.14) (6.15)

Подставляя выражения (6.13) и (6.14) в уравнение (6.15) и исключая и₍₊₎, после преобразования получим уравнение (6.11).

Суммирующая схема

Суммирующая схема на основе ОУ это модификация инвертирую­щей схемы для двух или более входных сигналов. Каждое входное напря­жение Ui, подается на инвертирующий вход через соответствующий рези­стор Ri (рис.6.6).

Рис.6.6. Принципиальная схема сумматора на основе ОУ

В соответствии со вторым законом Кирхгофа сумма всех токов, те­кущих через узел, равна нулю, поэтому в точке U(-) уравнение токов для узла имеет вид:

Для идеального ОУ входной ток и ток смещения равны нулю. Запи­шем выражения для токов:

(6.17) (6.18) (6.19)

Подставляя полученные выражения в (6.16) получим:

(6.20) вид: (6.21)

Если R1 = R2= R, то уравнение для схемы сумматора имеет вид:

Интегрирующая схема

Схема интегратора на основе ОУ получается путем замены в инвер­тирующей схеме резистора обратной связи на конденсатор (рис.6.7).

Рис.6.7. Принципиальная схема интегратора на основе ОУ

(6.22) (6.23) рис.6.7, (6.24) (6.25) (6.26)

Известно, что заряд на конденсаторе Q и ток через него i_c определя­ются выражениями:

Для идеального ОУ i_0С ⁼ U_BХ/R1 и i1 = ioc, отсюда:

или в интегральной форме:

С учетом этих соотношений для схемы, изображенной на рис.6.7, получим:

где Т_И - время интегрирования.

Таким образом, значение напряжения на выходе интегратора про­порционально интегралу от входного напряжения, а масштабный коэффи­циент равен 1/R1Coc и имеет размерность сек"¹.

вид:

78 Если входное напряжение постоянно, то выражение (6.26) принимает

(6.27)

Уравнение (6.27) описывает линию с наклоном -(U_BX/RC). При U_BX --1 B, С=1 мкФ, R = 1 МОм наклон равен 1 В/сек. Выходное напряжение будет нарастать линейно с указанной скоростью до тех пор, пока ОУ не перейдет в режим насыщения.

Дифференцирующая схема

Дифференцирующая схема на основе ОУ напоминает интегратор, у которого изменены места подключения резистора и конденсатора (рис.6.8). Для идеального ОУ легко получить передаточную функцию дифференци­рующего устройства.

Рис. 6.8. Принципиальная схема дифференцирующего устройства на основе ОУ

Если на вход схемы подано напряжение U_BХ, оно практически полно­стью приложено к конденсатору, т.к. схема ОУ устроена таким образом, что потенциалы прямого и инвертирующего входов дифференциального уси­лителя совпадают. В результате через конденсатор протекает ток, равный:

(6.28) ной ток яг через (6.29) против- (6.30)

Так как входное сопротивление ОУ достаточно велико и входной ток ОУ можно считать равным нулю, весь ток конденсатора протекает через резистор R ос:.

Выходной сигнал определяется падением напряжения на сопротив­лении обратной связи R_ОС

79

Таким образом, выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.

Дата добавления: 2015-05-06