Вопрос 26: Линейные усилители на основе оу (масштабирующие усилители, сумматоры, вычитатели, преобразователи тока в напряжение и напряжение в ток).
С инвертированием входного сигнала (масштабирующие усилители)
Резистор R3 для выравнивания входного тока для температурной стабильности (как в а.). Раз коэффициент усиления большой, то разность между сигналами обоих ходов очень мала, а т.к. один вход заземлен, то потенциал второго входа близок к потенциалу земли.
i1 = Uвх / R1;
i2 = Uвых / R2;
i1 = – i2, т.к. Rвх тысячи МОм.
i1 = Uвх / R1 = – Uвых / R2
Uвых = Uвх R2 / R1;
R2 / R1 = kу ОС
k ОС = – R2 / R1.
Т.к. коэффициент усиления определяется только отношениями сопротивлений, на основе этого каскада создают высокочастотные умножители сигналов, параметры мало изменяются во времени.
Эти преобразователи – масштабирующие усилители и применяются в точных линейных преобразованиях.
Сумматор нескольких входных сигналов (сумматоры).
Uвых = – (R4 / R1) Uвх1 – ( R4 / R2) Uвх2 – ( R4 / R3) Uвх3
Uвых равно инвертирующему входному напряжению, взятых с весовыми коэффициентами, определяющееся соотношением сопротивлений. Т.к. потенциал инвертирующего входа близок к 0, то суммированные сигналы не влияют друг на друга. Входное сопротивление определяется сопротивлением, подключенным ко входу инвертирующего сигнала. Т.к. сигнал ОС (R4) снимается по напряжению, то выходное сопротивление мало.
Вычитающее устройство (вычитатели)
Uвых1 = – (R2 / R1) Uвх1
Uвых2 = Uвх2 (R4 / R2 + R4) (R1+ R3 / R1) = Uвых1 + Uвых2
преобразователи тока в напряжение
Входное сопротивление определяется Rвх. дф и параллельно ему R1, уменьшенного в (1 + k) раз.
Rвх. дф || R1 / (1 + k) = Rвх.преобр.
1 / Rвх.преобр. = 1 / Rвх.дф + (1 + k) / R1, т.е. если Rвх >> R1 / (1 + k), Iвх полностью через R1,
UR1 = Uвых = Iвх R1, т.е. преобразователь по напряжению.
преобразователь напряжения в ток
Iн = Uвх / R1
Вопрос 27: Линейные усилители на основе оу (усилители, не меняющие фазы, частотно-зависимой ос, с единичным усилением).
Линейные усилитель, не меняющий фазу сигнала.
Для временной и температурной стабильности режима работы ОУ в базовых цепях обоих ходов желательно иметь одинаковые сопротивления. R3 = R1 || R2 (R1 || R2 – это ООС). Это общее правило использования ОУ. Если хотят уменьшить изменения выходного напряжения, вызванного изменениями входных токов первого дифференциального каскада, то эквивалентные сопротивления для постоянного тока, подключающееся к его входам, должны быть равны. Усилитель охвачен ООС по напряжению. Следовательно, γ = R2 / (R1 + R2) – глубина. kос = k / (1 + k γ) = k / (1 + k R2 / (R1 + R2)) = k / k R2 / (R1 + R2) = (R1 + R2) / R2 = 1 + R1 / R2
Если включить в каскад последовательно с R2 емкость, то ОС будет частотно-зависимой.
На постоянном токе 1 / ω C = ∞, т. е выходное напряжение приложено к инвертирующему входу (для постоянного тока) (через R2 не течет). γ = 1, kос = k / (1 + k) = 1, т. е. единичное усиление на постоянном токе (100 % ОС). На переменном токе: kос = k / (1 + k γ) = 1 / γ = (R1 + Z2) / Z2. Z2 = R2 + 1 / j ω C. Следовательно, kос зависит от частоты. kос меняется как по фазе, так и по модулю. ОС введена последовательно со входными сигналами, поэтому Zвх.ОС = Rвх (1 + k γ) (из теории ОС). При больших Rвх и k γ, Zвх.ОС → Rвх. сф, до тысячи МОм, а Zвых.ОС = Rвых (1 + k γ). Варьируя параметрами ОС, можно получить требуемые Rвх и Rвых в широких пределах на нужной частоте.
Схема с единичным усилением:
Если вход ОУ непосредственно или через R соединить с инвертирующим входом, то γ = 1, kос = k / (1 + k) = 1, Rвх = Rвх. сф, Rвх = Rвх. сф / k. Это идеальный согласующий каскад.