Просте включення ОП

Простий неінвертуючий підсилювач на ОП

З розгляду принципу роботи ідеального ОП випливає дуже проста методика проектування схем:

Нехай, необхідно побудувати електричну схему на ОП, з необхідними властивостями. Необхідні властивості, полягають, перш за все, в заданому стані виходу (вихідна напруга, вихідний струм і т. д.), який, можливо, залежить від якої-небудь вхідної дії. Для створення схеми потрібно підключити до ОП такий зворотний зв'язок, щоб при необхідному вихідному стані досягалася рівність напруги на входах ОП (інвертуючому і неінвертуючому), а зворотний зв'язок був би від'ємним.

Таким чином, необхідний стан системи буде стійким станом рівноваги, і система в ньому знаходитиметься необмежено довго [5]. Користуючись цим спрощеним підходом, нескладно отримати просту схему підсилювача.

Від підсилювача потрібна наявність на виході напруги, що перевищує вхідну в K разів. Відповідно до приведеної вище методики, подамо на неінвертуючий вхід ОП сам вхідний сигнал, а на інвертуючий — вихідний сигнал, поділений в K разів резистивним подільником напруги.

Нехай, K = R1 / (R1 + R2)+R1*R2 — коефіцієнт передачі напруги резистивним подільником R1R2. Тоді, для неідеального ОП (з кінцевим коефіцієнтом підсилення G_open-loop), маємо:

V+ = Vin

V- = K • Vout

Vout = G_open-loop • (Vin • K • Vout)

Вирішуючи дану систему відносно Vout / Vin, отримуємо:

Vout/Vin = G_open-loop / (1 + G_open-loop • K),

тобто отримано підсилювач, коефіцієнт підсилення якого залежить від посилення ОП і номіналів резисторів. Якщо ж ОП має дуже великий коефіцієнт підсилення G_open-loop (набагато більший, ніж 1/К), то коефіцієнт G_open-loop у виразі скорочується і отримуємо простіший вираз:

Vout / Vin = 1 / К = 1 + (R2 / R1)

Таким чином, коефіцієнт передачі підсилювача, побудованого на ОП з чималим підсиленням, практично залежить лише від параметрів зворотного зв'язку. Ця корисна властивість, дозволяє проектувати системи з дуже стабільним коефіцієнтом передачі, необхідні, наприклад, при вимірюваннях і обробці сигналів.

Схема підключення ОП без зворотного зв'язку (з розімкненим зворотнім зв'язком). При такому підключенні, ОП працює як перемикач. До інвертуючого входу, через резистор, підключають землю (0 В). В результаті, якщо на вході V_in позитивна напруга, то на виході буде максимально підсилена позитивна напруга; якщо ж на вході V_in від'ємна напруга, то на виході буде максимально підсилена від'ємна напруга.

При створенні від'ємного зворотного зв'язку, коефіцієнт підсилення зменшується. При цьому, для регулювання коефіцієнта підсилення використовують подільник з опорів R_f і R_g. Так, якщо R_f = R_g, а V_in = 1, то V_out = V_in • 2 = 1 • 2 = 2 В.

Розглянемо роботу ОП, як окремого диференційного підсилювача, тобто без включення в розгляд яких-небудь зовнішніх компонентів. В цьому випадку, ОП поводиться як звичайний підсилювач з диференційним входом, тобто його поведінка описується рівнянням:

(1)

де:

• V_out — напруга на виході;
• V₊ — напруга на неінвертуючому вході;
• V_- — напруга на інвертючому вході;
• G_open-loop — коефіцієнт підсилення, при розімкнененій петлі зворотного зв'язку.

Всі напруги вимірюються відносно загальної точки схеми. Цей спосіб включення ОП (без зворотного зв'язку) практично не використовується [1], через властиві йому серйозні недоліки:

• коефіцієнт підсилення з розімкненим колом зворотного зв'язку G_open-loop нормується в дуже широких межах і може змінюватися в тисячі разів (найбільше залежить від частоти сигналу і температури);
• коефіцієнт підсилення дуже великий (типове значення 10⁶, на постійному струмі) і не піддається регулюванню.

Дата добавления: 2014-01-04