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

36291. Понятие транзакции 38.5 KB
  Понятие транзакции. Транзакции – несколько операторов языка SQL которые либо все выполняются по очереди либо все не выполняются. Согласованность – гарантия что по мере выполнения транзакции данные переходят из одного согласованного состояния в другое.
36292. Журнализация изменений БД, файл журнала, контрольные точки 31.5 KB
  Это требование предполагает возможность восстановления согласованного состояния базы данных после любого программного или аппаратного сбоя. Типичная СУБД должна предоставлять такие функции восстановления как: механизм резервного копирования предназначенный для периодического создания копий базы данных; средства ведения журнала в котором фиксируются текущее состояние транзакций и вносимые в базы данных изменения; функция создания контрольных точек обеспечивающая перенос выполняемых в базе данных изменений во вторичную помять с целью...
36293. Восстановление базы данных 28 KB
  При этом надо устранить последствия операторов модификации базы данных которые выполнялись в этой транзакции. Ситуация характеризуется потерей той части базы данных которая к моменту сбоя содержалась в буферах оперативной памяти. Восстановление после поломки основного внешнего носителя базы данных жесткий сбой.
36294. Техническое задание. Основные разделы 36.5 KB
  Техническое задание это документ определяющий цели требования и основные исходные данные необходимые для разработки автоматизированной системы управления. требования к программе или программному изделию; требования к функциональным характеристикам; требования к составу выполняемых функций организации входных и выходных данных временным характеристикам требования к надежности; требования к обеспечению надежного функционирования обеспечения устойчивого функционирования контроль входной и выходной информации время восстановления...
36295. Состав и содержание работ на стадиях внедрения, эксплуатации и сопровождения проекта 39.5 KB
  Недостатком первого подхода является увеличение длительности внедрения что ведет за собой рост стоимости проекта. При использовании второго подхода сокращается время внедрения но возникает возможность пропуска ошибок в проектной документации поэтому чаще всего используют смешанный метод внедрения проекта ЭИС. Внедрение проекта осуществляется в течение трех этапов: подготовка объекта к внедрению; опытное внедрение; сдача проекта в промышленную эксплуатацию.
36296. САSЕ – средства, классификация 26 KB
  Аббревиатура САSЕ Соmputеrаidеd Softwre Епgineering автоматизированная разработка ПО обозначает специальный тип программного обеспечения предназначенного для поддержки отдельных этапов создания ПО таких как разработка требований проектирование кодирование и тестирование программ. Поэтому к САSЕсредствам относятся редакторы проектов словари данных компиляторы отладчики средства построения систем и т. САSЕтехнологии предлагают поддержку процесса создания ПО путем автоматизации которых этапов разработки а также создания и...
36297. Типы пользовательского интерфейса 27.5 KB
  Процедурно-ориентированный интерфейс использует традиционную модель взаимодействия с пользователем основанную на понятиях процедура и операция. Объектно-ориентированные интерфейсы используют модель взаимодействия с пользователем ориентированную на манипулирование объектами предметной области. Процедурноориентированные интерфейсы: 1Обеспечивает пользователю функции необходимые для выполнения задач; 2Акцент делается на задачи; 3Пиктограммы представляют приложения окна или операции; 4Содержание папок и справочников отражается с...
36298. Понятие рекурсии. Прямая и косвенная рекурсия 23.5 KB
  Рекурсия – это такой способ организации программы когда процедура или функция в ходе выполнения составляющих ее операторов обращается сама к себе. Примером программы с использованием рекурсии может быть программа вычисления факториала числа. Программы которые используют рекурсивные процедуры отличаются простотой наглядностью и компактностью текста. Максимальное число рекурсивных вызовов процедуры без возвратов которое происходит во время выполнения программы называется глубиной рекурсии.
36299. Работа с динамическими переменными 394 KB
  Использование идентификатора указателя в программе означает обращение к адресу ячейки памяти на которую он указывает. Выделение и освобождение памяти под динамические переменные выполняется стандартными процедурами New Dispose во время работы программы. Р В неопределенном состоянии указатель бывает в начале работы программы до первого присваивания ему или конкретного адреса или пустого адреса nil а также после освобождения области памяти на которую он указывает. b:=nil; Процедура New: выделяет область памяти соответственно тому...