22374

Операционные усилители (ОУ)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Схема усилителя со следящей связью С делителя R4 R5 снимаем напряжение  Ua т. Напряжение на сопротивлению R стремится к нулю. От источника положительного напряжения через на диоде VD1 создается опорное напряжение которое вместе с напряжением обратной связи подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. Если входное напряжение равно нулю то напряжение на входе усилителя равное разности напряжений на его зажимах равно напряжению в точке А: Даже без положительной обратной связи при таком напряжении напряжение на выходе...

Русский

2013-08-04

510 KB

10 чел.

Лекция 10

Содержание лекции

Операционные усилители (ОУ). Нейтрализация входного тока (следящая связь). Применение ОУ. Триггер Шмитта.

10.Операционные усилители (ОУ)

10.1. Нейтрализация входного тока в усилителях (следящая связь)

Рассмотрим схему, которая позволяет полностью исключить влияние постоянной составляющей (рис. 10.1).

Рис.10.1. Схема неинвертирующего усилителя переменного тока с R2

Для отвода входных токов со входов усилителя (чтобы он не входил в насыщение) необходимо подключить неинвертирующий    вход    к земле через резистор  R2 . Его выбирают 1 Мом и более.  CR2    -это фильтр, который должен пропускать самую  низкую усиливаемую частоту  fH .

Резистор  R2   для разряда емкости С.

При этом   RВХ   R2    и значит мы потеряли  бесконечно большое сопротивление ОУ.

    Для увеличения  RВХ   применяют схемы следящей связи (рис. 10.2, 10.3). Здесь используется положительная ОС.                          

Рис.10.2. Схема повторителя со следящей связью

Ua  Ub  и  Uab  0,

следовательно ток Iab  0 (через резистор R1). Это соответствует большому входному сопротивлению RВХ.

Рис.10.3. Схема усилителя со следящей связью

С делителя R4 ,R5  снимаем напряжение    Ua , т.е. Ua  Ub   (Ua>Ub).

Для транзисторных схем можем применить тот же принцип увеличения входного сопротивления (рис. 10.4 и 10.5).

Рис.10.4. К определению входного сопротивления усилителя на биполярном  транзисторе

Здесь   RВХ УС = R1  R2   RВХ .   R1  и R2    достаточно малы и определяют   RВХ УС.                         

Рис.10.5. Схема усилителя на биполярном транзисторе со следящей связью                              

Здесь  UЭ   в фазе с  UВХ     на  R (по переменному току ). Напряжение на сопротивлению R стремится к нулю. Это эквивалентно большому входному сопротивлению RВХ  по переменному току.

10.2.Применение операционных усилителей (ОУ)

10.2.1.Триггер Шмитта на ОУ

С помощью триггера Шмитта формируются импульсы из плавно меняющегося напряжения.

На рис. 10.6 приведена схема триггера Шмитта на ОУ. В триггере Шмитта используются усилители без частотной коррекции. В триггере применяется положительная обратная связь с коэффициентом передачи напряжения . Сопротивление больше, чем в несколько раз или в несколько десятков раз. Следовательно, β много меньше единицы, но так как коэффициент усиления операционного усилителя очень большой, то всегда , а во многих случаях .

От источника положительного напряжения через на диоде VD1 создается опорное напряжение, которое вместе с напряжением обратной связи подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. Сопротивление включено для устранения разбаланса схемы входными токами усилителя. Если входное напряжение равно нулю, то напряжение на входе усилителя, равное разности напряжений на его зажимах, равно напряжению в точке А:

Даже без положительной обратной связи при таком напряжении напряжение на выходе становится равным напряжению насыщения . Чтобы выровнять положительное и отрицательное выходные напряжения, на выходе применен ограничитель, состоящий из двух стабилитронов и , включенных навстречу друг другу.

Пусть VD2 и VD3 имеют напряжение стабилизации при малом токе и падение напряжения при прямом смещении , что дает в сумме уровень ограничения . Сопротивление не должно быть меньше минимально допустимого сопротивления нагрузки усилителя.

Для наглядности зададимся также и другими величинами. Пусть                                                                                                                      , что дает . Итак, в рассматриваемом случае при  , а потенциал   точки  А = 0,6 + (1/25) (5 — 0,6) = 0,6 + 0,175 = 0,775 В.

Рис.10.6 . Триггер Шмитта на ОУ

Если входное напряжение, которое вначале равнялось нулю, постепенно повышать, то при входном напряжении, чуть большем напряжения  = 0,77, возникает регенеративный процесс переключения схемы и выходное напряжение достигает максимального отрицательного значения. В данном случае с учетом действия ограничителя выходное напряжение = —5 В.

После завершения регенеративного процесса переключения схемы потенциалточки А изменяется. Он становится равным

Дальнейшее повышение входного напряжения не изменяет выходного напряжения. Оно остается равным  

Входное напряжение можно повышать до тех пор, пока разностное входное напряжение не превысит предельно допустимого для данного типа схемы. Для микросхемы К140УД1В предельно допустимое разностное напряжение ±1,2 В. Следовательно, на вход микросхемы нельзя подавать положительное напряжение, превышающее 1,2 + 0,376 В.

Понижение входного напряжения вызывает обратный регенеративный процесс переключения схемы от до когда становится немного меньше потенциала точки А, в данном случае равного 0,376В. Передаточная характеристика триггера приведена на рис.10.7.

Преобразование синусоидального напряжения показано на рис.10.8.

 

Рис. 10.7. Передаточная характеристика триггера      Рис. 10.8. Формирование прямоугольного колебания из Шмитта на ОУ        синусоидального

10.2.2.Усилитель с дифференциальным входом

Рассмотрим дифференциальное включение операционного усилителя, которое представляет собой комбинацию инвертирующего и неинвертирующего включений (рис. 10.9). При дифференциальном включении операционного усилителя выходное напряжение пропорционально разности напряженийUВХ2 и UВХ1 на его входах.

Используя метод суперпозиции (наложения), находим выходное напряжение усилителя как сумму откликов на воздействия UВХ1 и UВХ2:

Рис.10.9.Дифференциальное включение операционного усилителя

Отсюда видно, что операционный усилитель в дифференциальном включении осуществляет математическую операцию вычитания.

Входное сопротивление по инвертирующему входу rВХ1 = R1. Входное сопротивление по неинвертирующему входу rВХ2 = R3 + R4, т.е. входные сопротивления неодинаковы: rВХ2 > rВХ1. Это нарушает симметрию усилителя. Еще одним недостатком рассмотренной схемы является работа операционного усилителя при больших синфазных напряжениях. Существуют схемы дифференциальных усилителей, свободные от указанных недостатков, но они содержат два и более ОУ.

10.2.3.Преобразователь напряжение - ток

На основе инвертирующего включения операционного усилителя может быть построен преобразователь напряжение - ток (рис.10.10). Найдем зависимость выходного тока преобразователя iВЫХ от входного напряжения UВХ.

Согласно первому закону Кирхгофа, полагая операционный усилитель идеальным, можно записать:

iВХ + iОС = 0

Поскольку инвертирующий вход операционного усилителя является точкой виртуального нуля, то

Рис.10.10.Преобразователь напряжение - ток

Из последнего соотношения находим:  .

10.2.4.Преобразователь  ток - напряжение

Инвертирующее включение операционного усилителя используется также в преобразователе ток - напряжение (рис.10.11). Найдем зависимость выходного напряжения преобразователя uВЫХ от входного тока IВХ.

Рис.10.11.Преобразователь  ток - напряжение

На основании первого закона Кирхгофа при условии, что операционный усилитель идеальный, запишем:

Поскольку инвертирующий вход ОУ является точкой виртуального нуля, то

Разрешив последнее уравнение относительно UВЫХ, получим   

откуда следует, что выходное напряжение UВЫХ преобразователя пропорционально входному току iВХ. Сопротивление компенсирующего резистора RK должно равняться сопротивлению резистора R в цепи обратной связи. Рассмотренный преобразователь ток-напряжение широко используется в составе цифро-аналоговых преобразователей.

Контрольные вопросы и задания

5

-5

1

0.5

d

c

b

a

0

UВХ

UВЫХ

5

-5

0

t

С

UВХ

RОС

R1

UД

А

DA

Uвых

Uвых,B

R2

R1

С

UВХ

R2

а

b

А

DA

Uвых

b

а

R1

С

UВХ

R5

А

DA

Uвых

R2

R3

R4

R2

UВЫХ

RЭ

UБ

RЭ

СP2

VT1

Rk

+UП

R2

СP1

R1

Uвх

СP2

VT1

Rk

+UП

R

СP1

R1

C

UВЫХ

UВХ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56033. Від цікавого до складного 78 KB
  Смак до вивчення математики приходить під час розв?язування задач, які потребують логічного мислення, просторової уяви та кмітливості. Таке заняття цікаве, але водночас і складне.
56034. Таємниця острова скарбів 40.5 KB
  Матеріал: лист в конверті карта острова з окремих частин скриня на семи замках ключі від скрині декорації острова іграшкові тварини кросворди загадки кольорові олівці роздатковий матеріал художнє слово.
56035. В пошуках скарбів космічного пірата 57.5 KB
  Діти проговорюючи текст ідуть один за одним і виконують тренувальні вправи готуючись до польоту: Чекають нас ракети Чекають нас планети. Діти розбігаються і попарно займають ракети.
56036. Подорож до казки 52 KB
  Доброго дня, мої дорогі друзі. Ось і знову ми до вас прийшли, казку принесли. Казки наші старовинні - не короткі, не довгі. А ось тепер, друзі дивіться і слухайте. Починаємо казку для тебе, для вас і для всіх нас.
56037. Исследование методики учета и реализации реализации готовой продукции в ООО «Белль Бимбо плюс» 455 KB
  Изучение положений и правил, регулирующих порядок, организацию и методику проведения финансово-хозяйственного контроля в Республике Беларусь; изучение нормативно-правовой, методической и другой специальной литературы, относящейся непосредственно к выбранной теме...
56038. Сложение и вычитание десятичных дробей 314.5 KB
  Правила: За каждый правильный ответ команда получает красную фишку если есть мелкие ошибки зеленую фишку неправильный ответ синяя фишка. Побеждает команда которая наберет больше всего красных фишек...
56040. В мире сказок 43.5 KB
  Ребята первый этап нашего конкурса звучит так: Определи название сказки по ее началу. Второй этап нашего конкурса называется Словесный портрет в сказочной галерее. А жюри пока подсчитает сколько баллов набрала каждая команда в первом этапе конкурса.