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

40968. Прочность и удлинение трикотажа 168 KB
  Прочность и удлинение клееных нетканых полотен зависит от вида волокнистого материала расположения волокон типа связующего его количества и характера распределения. Большое влияние на характер распределения и величину деформации растяжения материала в одежде оказывают конструктивные особенности одежды расположение швов в ней вид материала и его свойства условия окружающей среды и другие факторы. Растяжение материала в одежде при ее эксплуатации можно определить несколькими методами: непосредственным измерением методом нитки и...
40969. Одноцикловые характеристики при растяжении 469.5 KB
  Составные части полной деформации материалов. Первая половина цикла нагружение соответствует режиму ползучести а вторая режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации. В качестве входного возбуждения используется изменение деформации в виде широкого импульса а в качестве выходной функции изменение внутреннего усилия в пробе во времени рис. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия вторая режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации.
40970. Основні характеристики систем спеціального зв’язку 116.5 KB
  При розгляді цього питання насамперед необхідно згадати визначення криптографічної системи та системи криптографічного захисту інформації КЗІ оскільки вони є об'єктом дослідження в рамках нашої лекції. Так для фахівця з організації захисту інформації найбільш зручним є нормативноправовий підхід. Криптографічна система – це сукупність засобів КЗІ необхідної ключової нормативної експлуатаційної а також іншої документації у тому числі такої що визначає заходи безпеки використання яких забезпечує належний рівень захищеності...
40971. Обернена матриця. Операція ділення для матриць 201 KB
  Оберненою матрицею до квадратної матриці А порядка n називають матрицю таку що . З означення слідує що матриці А і взаємообернені і переставні. Нехай матриці обернені до матриці А. Знаходження оберненої матриці за допомогою визначників Знайдемо умову оборотності квадратної матриці А порядка n тобто умову існування такої матриці для якої .
40972. ПРАВОВА ОРГАНІЗАЦІЯ ПРАЦЕВЛАШТУВАННЯ ГРОМАДЯН 86.5 KB
  Поняття зайнятості населення. Поняття зайнятості населення. Основні принципи державної політики зайнятості населення проявляються у забезпеченні рівних можливостей усім громадянам незалежно від походження соціального і майнового стану расової та національної належності статі віку політичних переконань ставлення до релігії в реалізації права на вільний вибір виду діяльності відповідно до здібностей та професійної підготовки з урахуванням особистих інтересів і суспільних потреб; сприянні забезпеченню ефективної зайнятості...
40973. Причини міжнародної міграції робочої сили 85 KB
  Міжнародна міграція робочої сили. Причини міжнародної міграції робочої сили Основні етапи міжнародної міграції робочої сили. Сучасні центри притягання робочої сили.
40974. МІЖОСОБИСТІСНА КОМУНІКАЦІЯ 156.5 KB
  Соціокультурні особливості мовної особистості Мовна особистість – це власне особистість охарактеризована з боку впливу належної їй мовної культури на її особистісні якості та соціальнокультурну ефективність її діяльності як суб’єкта суспільних відносин. Проблема лінгвоетнічної ідентифікації постає однією з фундаментальних в процесі трансформації сучасного українського суспільства а тому так важливо визначити специфіку характеристик ролі мови в суспільстві і в житті особистості. Мова має індивідуальне закорінення перебуваючи в залежності...
40975. Лідерство та керівництво в колективі 63.5 KB
  Однозначної думки про доцільність поєднання в одній особі керівника і групового лідера у соціальнопсихологічній науці немає. Поширеним є твердження що лідерські можливості збільшують силу впливу керівника; за активної реалізації керівником якостей ділового і мотиваційного лідера зростає задоволеність індивідів членством у групі. Не менш настирними є міркування що ролі керівника і лідера у групі мають належати різним особам. Щодо цього використовують такі аргументи: діяльність лідера і керівника має неоднакову спрямованість.
40976. Міжнародна передача технологій 67.5 KB
  Розвиток міжнародного ринку технологій міжнародного технологічного обміну зумовлений прискоренням науковотехнічного прогресу НТП. Купівля передової іноземної технології є важливим засобом подолання технічної відсталості створення власної промисловості яка здатна задовольнити потреби внутрішнього ринку і зменшити залежність від імпорту. На міжнародному ринку технологій передача технології здійснюється некомерційним і комерційним шляхом. Розвиток ринку наукоємних технологій.