Общие сведения. Исследование цепей с операционными усилителями

Исследование цепей с операционными усилителями

Операционный усилитель представляет собой идеальный усилитель с высокоомным дифференциальным входом (два входных вывода) и очень высоким коэффициентом усиления. Многие электронные устройства, выполняемые на транзисторах, могут быть также реализованы на операционных усилителях.

инвертирующий вход

неинвертирующий вход

вход

вход

При подаче сигнала на неинвертирующий вход приращение выходного сигнала совпадает по знаку (фазе) с приращениями входного сигнала. Если же сигнал подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак (противоположный по фазе). При подаче сигналов на оба входа сигнал на выходе равен

U_ВЫХ = ν (U₁ – U₂),

где ν →∞ – коэффициент усиления операционного усилителя;

U₁ и U₂ – сигналы на неинвертирующем и инвертирующем входах соответственно.

Входное сопротивление операционного усилителя очень велико (R_ВХ→∞), поэтому входной ток при расчете считается равным нулю.

Выходное сопротивление операционного усилителя весьма мало (R_ВЫХ→ 0), поэтому ток нагрузки усилителя практически не влияет его выходное напряжение.

Инвертирующий вход часто используется для введения в операционный усилитель внешних обратных связей.

Инвертирующий усилитель представляет собой устройство, которое преобразует входное напряжение в выходное напряжение противоположной полярности. В случае синусоидального напряжения образуется фазовременной сдвиг 180° между входным и выходным сигналами. Инвертирующий усилитель может быть использован для усиления или ослабления входного сигнала. Его принципиальная схема показана на рис. 21.1.

Коэффициент усиления равен

n = - U_ВЫХ / U_ВХ = - R_ОС / R_ВХ.

Для упрощения расчетов делаются следующие допущения:

· В рабочем диапазоне усилителя разность потенциалов между двумя входами равна 0;

· Входной ток усилителя равен 0.

Коэффициент усиления n = - 1 ( когда R_ОС = R_ВХ), то есть амплитуды входного и выходного сигналов равны.

В операционном усилителе без инвертирования входное и выходное напряжения имеют одинаковую полярность, то есть фазовый сдвиг по напряжению равен 0°.

Как показано на принципиальной схеме (рис. 21.2), входное напряжение подается на неинвертирующий вход. В диапазоне модуляции усилителя разность потенциалов между двумя входами равна 0. Коэффициент усиления вычисляется по формуле:

n = U_ВЫХ / U_ВХ = 1 + R_ОС / R_ВХ.

На операционных усилителях возможно построение множества других устройств, преобразующих величину и форму сигналов или генерирующих сигналы различной формы.

Дата добавления: 2015-06-04