19.Инвертирующий усилитель

В связи с тем, что ОУ имеет очень большой коэффициент усиления, он практически всегда используется с цепью отрицательной обратной связи для устранения самовозбуждения. Cхема инвертирующего усилителя:

В ходной сигнал инвОУ подан на инв вход, поэтому выходное напряжение находится в проитвофазе со входным напряжением. Неинв вход заземлен. Т.к.усиление ОУ очень велико, то с небольшой ошибкой можно считать такую модель идеальной, для которой выполняются условия K_U→∞, K_I →∞, где K_U и K_I – коэф усиления по напряжению и по току без обратной связи. По цепи резистора Rос выходной сигнал поступает на вход усилителя в противофазе со входным сигналом, и ОУ охвачен параллельной ООС по напряжению. Поэтому коэф усиления по напряжению ОУ определяется соотношением Поскольку выходное напряжения ограничено источником питания, а коэф усиления имеет очень большое значение, то разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах должна быть очень малой. В противном случае ОУ будет заходить в область насыщения, что приведет к ограничению положительного и отрицательного значений его выходного напряжения. В связи с этим потенциал на инвертирующем входе близок к нулю. Точку О принято называть «Кажущейся землей» или «точкой виртуального заземления». Виртуальное заземлние означает, что напряжения на входах ОУ практически одинаковы. А так как входное сопротивление ОУ имеет очень высокое значение, то входной ток ОУ практически отсутствует. Поэтому ток через резистор R также должен протекать через R_ОС . I_R = I_OC .или

Учитывая, что при большом коэффициенте усиления U^­ очень мало, получим K^-= − Rос/R т.е. коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется отношением сопротивления в цепи обратной связи к сопротивлению в цепи источника сигнала. Знак минус указывает на фазовый сдвиг(180).

20.Неинвертирующий усилитель

В этом усилителе входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий вход подается сигнал обратной связи через делитель R1, Roc. Усилитель охвачен последовательной ООС по напряжению.

Напряжение обратной связи, снимаемое с делителя R1, Roc пропорционально выходному напряжению усилителя. Uoc=Uвх, отсюда получаем значение К⁺

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя меньше, чем неинвертирующего, при одинаковых значениях R1, Roc и глубине обратной связи. Это различие обусловлено тем, что в инвертирующем усилителе входное напряжение дополнительно ослабляется делителем R1, Roc.

21. Применение оу для выполнения нелинейных операций.

Схема логарифмирущего усилителя. В этой схеме в цепь обратной связи включен нелинейный элемент – транзистор в диодном включении, для прямой ветви ВАХ которого справедливо выражение Логарифмируя получим

Тогда на выходе получим

В торая схема – схема антилогарифмирующего усилителя. Для выходного напряжения справедливо выражение Точность операций логарифмирования и антилогарифмирования определяется степенью приближения реальной характеристики нелинейного элемента к теоретической.

Компаратор Компаратор - устройство для сравнения уровней двух сигналов (от compare - сравнивать). В зависимости от соотношения напряжений на его входах он может находится в одном из двух устойчивых состояний.

Операционный усилитель, обладая дифференциальным входом и высоким коэффициентом усиления, может выполнять роль компаратора. Если сигнал на неинвертирующем входе больше чем на инвертирующем, то на выходе ОУ будет U_вых=k(U₁-U₂) или фактически +U_пит . Если, наоборот, сигнал на инвертирующем входе будет больше, то на выходе ОУ будет напряжение - U_пит. Для увеличения быстродействия ОУ может быть охвачен положительной обратной связью.

22. Применение ОУ для моделирования математических операций.

C помощью операционных усилителей можно выполнять не только усиление но и различные математические операции.

Схема дифференциатора

Т.е.выходное напряжение пропорционально производной от входного напряжения. Рассмотренная схема дифференцирующего усилителя имеет существенные недостатки: входное сопротивление уменьшается до нуля, а коэф усиления по напряжению стремится к бесконечности с ростом частоты. Для устранения этих недостатков во входную цепь усилителя последовательно с конденсатором включают резистор, сопротивление которого определяет входное сопротивление и ограничивает коэф усиления.

Схема интегрирующего усилителя:

Т.к.для усилителя выполняется

Операции дифференцирования и интегрирования выполняются более точно,если коэффициент усиления ОУ велик.

23. Электронные ключи. Параметры и характеристики.

Электронными ключами называют схемы, предназначенные для замыкания или размыкания электрических цепей под действием внешних управляющих сигналов. В бесконтактных электронных ключах используются нелинейные активные элементы: полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры. В отличие от механических переключателей электронные ключи обладают большим быстродействием и надежностью. В зависимости от назначения ключевые схемы бывают: цифровые и аналоговые. Цифровые ключи используются в устройствах вычислительной техники, цифровой связи, дискретной автоматики. Аналоговые ключи используются в аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях, в устройствах измерения и управления, в многоканальных коммутаторах.

Электронные ключи описываются передаточной характеристикой, определяющей зависимость выходного напряжения от входного Uвых = f(Uвх).

На рис. 1 представлена передаточная характеристика для инвертирующей схемы ключа. В транзисторном ключе два его устойчивых состояния (разомкнутое и замкнутое) соответствуют пологим участкам, ограниченным точками А и В. На пологом участке, соответствующем малым значениям Uвх⁰ (точка А), ключ разомкнут (транзистор закрыт), и на нем падает большое напряжение – напряжение логической единицы Uвых¹ . При относительно большом входном сигнале Uвх¹, соответствующем пологому участку (точка В), ключ замкнут, транзистор открыт и насыщен, выходное напряжение Uвых⁰ мало. Небольшие изменения входного сигнала на пологих участках характеристики практически не вызывают изменения напряжения на выходе ключа. Это значит, что цифровые схемы мало чувствительны к разбросу параметров транзистора, к их температурной зависимости, к изменению параметров во времени, к внешним помехам и собственным шумам.