Операційні підсилювачі

Операційними підсилювачами називаються – підсилювачі, які мають диференціальний вхід і підсилювачі постійного струму з одним виходом, вихідні параметри якого залежать тільки від кіл зовнішнього зворотного зв'язку.

Умовне позначення:

ОП має два входи :інвертуюийі, який позначається знаком інверсії «О» і неінвертуючий; і один вихід. Живиться ОП від двополярного джерела живлення. Позначається:

Завдяки цьому вихідний сигнал може приймати позитивні і негативні значення відносно загального провідника.

Найважливішою властивістю ОП є те, що при однакових значеннях напруги на входах, вихідна напруга дорівнює нулю.

Існує поняття ідеального і реального ОП. Ідеальний ОП має наступні характеристичні параметри:

К_п=∞

R_вх=∞

R_вих=0

Ширина смуги пропускання = 

Реальний ОП має параметри близькі до ідеальних:

К_п до 10

R_вх до 1ГОм

R_вих десятки Ом

Ширина смуги пропускання до десяти мГц

У ОП зворотний зв'язок може бути поданий на інвертуючий або неінвертуючий входи. У першому випадки - це негативний зворотний зв'язок (НЗЗ). У другому – позитивний зворотний зв'язок (ПЗЗ).

Якщо вхідний сигнал подати на неінвертуючий вхід в підсилювач з НЗЗ, то він називатиметься неінвертуючим.

R_2ос- опір зворотному зв'язку. Від його величини залежить глибина зворотного зв'язку. Чим його величина більша, тим зворотний зв'язок менший, і навпаки.

К_п=U_вих/U_вх= (R₁+ R₂)/ R₁

Якщо вхідний сигнал подати на інвертуючий вхід в підсилювач з НЗЗ, то він називатиметься інвертуючим.

К_п=U_вих/U_вх=-( R₂/ R₁)

Підсилювач є інвертуючим чи неінвертуючим можна визначити в залежності від того, на який із входів подається вхідний сигнал.

Амплітудна характеристика неінвертуючого (1) і інвертуючого (2) підсилювачів.

Компаратор

Це пристрій, виконаний на ОП і призначений для порівняння двох сигналів.

Принципова схема такого підсилювача:

Особливості схеми:

У цій схемі підсилювач без зворотного зв'язку, тому К_п наближається до , а значить, що навіть незначна різниця між напругою U_вх1 і U_вх2 сприяє заходу підсилювача в область насичення.

Компаратор може мати два стійкі стани виходу, в кожен з яких він переходить стрибком в залежність від рівня напруги на входах.

Табличний стан компаратора:

U_вх1> U_вх2 U_вих<0

U_вх1> U_вх2 U_вих>0

Вихідну напругу компаратора має такий знак на якому з входів «плюсовому» або «мінусовому» напруга більша.

При однаковій напрузі на вході напруга виходу дорівнює 0.

Передавальна характеристика компаратора:

ТРИГЕР ШМІТТА.

Тригером називається пристрій, що має 2 стійких стани виходу, в кожний з яких переходить стрибком, але з деякою затримкою, який називається гістерезисом.

Щоб побудувати тригер на ОП досить організувати в ньому позитивний зворотний зв'язок, який забезпечить затримку перемикання вихідного сигналу при зміні вхідного сигналу на величину ширини цієї петлі, при чому величина цієї петлі визначаться опором ПЗЗ ( R_пос). Тобто, чим більша величина опору, тим вужча петля гістерезису.

1

Uвх

U_вих

R1

R₁=R₂

U₁=U_нас/2 – прикладається до неінвертуючого входу

U_вх=U_нас

Uвх

+Uнас

При зміні вхідного сигналу, згідно часової діаграми в позитивну сторону, навіть на невелику величину, вихідна напруга різко змінює значення «-U_нас». Дільник R₁, R₂ розділить цю напругу навпіл, яка через точку 1 подається на неінвертуючий вхід, що вводить ОП в ще більшу негативну напругу насичення, так продовжуватиметься до тих пір, поки вхідний сигнал не змінить свою полярність, і не стане рівним по величині напрузі в точці 1. Як тільки це відбудеться, U_вих стане рівним 0, а, отже, U₁=0 і негативне U_вх, подане на інвертуючий вхід, введе ОП в «+U_нас».

Передавальна характеристика тригера Шмітта.

Область а - ширина петлі гістерезису. Вона залежить від співвідношення резистора R₁ і R₂, яке визначає величину напруги, що подається на неінвертуючий вхід. Чим більша ця напруга, тим ширша петля.