7. Дифференциальное включение операционного усилителя

Рис. 4. Дифференциальное включение ОУ

На рис. 4 приведена схема дифференциального включения ОУ. Найдем зависимость выходного напряжения ОУ от входных напряжений. Вследствие свойства а) бесконечно большого дифференциального коэффициента усиления по напряжению идеального операционного усилителя разность потенциалов между его входами p и n равна нулю. Соотношение между входным напряжением U₁ и напряжением U_p между неинвертирующим входом и общей шиной определяется коэффициентом деления делителя на резисторах R₃ и R₄:

U_p = U1R4/(R3+R4)         (3)

Поскольку напряжение между инвертирующим входом и общей шиной U_n = U_p, ток I₁ определится соотношением:

I1 = (U2 - U_p) / R1         (4)

Вследствие свойства c) нулевые входные токи идеального ОУ I₁=I₂. Выходное напряжение усилителя в таком случае равно:

U_вых = U_p – I1R2         (5)

Подставив (3) и (4) в (5), получим:

(6)

При выполнении соотношения R₁R₄ = R₂R₃,

U_вых = (U1 – U2)R2 / R1         (7)

8. Интегрирующие и дифференцирующие устройства на оу

Интегрирующее звено

Дифференцирующее звено

Схема простейшего дифференциального усилительного каскада

Коэффициент усиления по дифференциальному напряжению каскада определяется выражением:

,

(10)

где r_э - динамическое сопротивление эмиттера транзистора. Дифференциальное напряжение обычно усиливается таким каскадом не более, чем в 100 раз.

Для того, чтобы определить коэффициент усиления синфазного сигнала, на оба входа усилителя нужно подать одно и то же напряжение u_вх. В этом случае оба транзистора со своими коллекторными нагрузками включены по существу параллельно. Через резистор R_э протекают оба эмиттерных тока. Поэтому

.

(11)

Сопротивление r_э обычно много меньше Rэ и им пренебрегают. Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) определяется как отношение

Интегрирующие включение ОУ

Наиболее важное значение для аналоговой вычислительной техники имеет применение операционных усилителей для реализации операций интегрирования. Как правило, для этого используют инвертирующее включение ОУ.

Схема инвертирующего интегратора

По первому закону Кирхгофа с учетом свойств идеального ОУ следует для мгновенных значений: i₁ = - i_c. Поскольку i₁ = u₁/R₁, а выходное напряжение схемы равно напряжению на конденсаторе:

то выходное напряжение определяется выражением:

9. Триггер Шмитта

Триггер Шмита - компаратор в котором ОУ охвачен положительной обратной связью, осуществляемой по неинвертирующему входу с помощью резисторов R₁ R₂ (рис а). Такой компаратор обладает передаточной характеристикой с гистерезисом (рис б)

Переключение схемы в состояние U_{вых мах} происходит при достижении u_вх напряжения (порога) срабатывания U_ср, а возвращение в исходное состояние u_вых=U_{вых мах} – при снижении u_вх до напряжения (порога) отпускания U_отп – Значения пороговых напряжений находят по схеме, положив u₀ = 0:

U_ср = U_оп+

U_отп = U_оп -

Откуда ширина зоны гистерезиса

U_г = U_ср – U_отп =

Важнейшим показателем является их быстродействие, которое оценивается задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения.

Триггер Шмита – это устройство предназначенное для сравнения вход. напряжения с некоторым пороговым напряж., имеющее 2 устойчивых состояниями и амплитудную харак-ку с петлей гистерезиса. Т.о. при переключении триггера Ш. в какое-то устойч. состояние, он «защёлкивает» выходной сигнал, и чтобы изменить его на противоположный следует приложить Uвх = второму порогу срабатывания. Чаще триггер Ш. примен. для формирования прямоугольных импульсов из Uвх произвольной формы, а также как элементы с петлей гистерезиса в схемах мультивибраторов. Наличие петли гистерезиса: 1) исключает возможный «дребезг» на выходе триггера Ш. при Uвх=Uпор.; 2) позволяет формировать прямоугольные импульсы из зашумленных сигналов.

Инвертирующий

Неинвертирующий