2.3.6 Розв'язувальні пристрої на стандартних операційних підсилювачах

В апаратурі обробки сигналів часто необхідно виконувати різні функції при замиканні виходу операційного підсилювача на інвертуючий вхід з допомогою пасивних ланцюжків негативного зворотного зв'язку. Проводячи аналіз операційного підсилювача, впливом його власних параметрів (з врахування того, що К_пU та R_вх достатньо великі, а R_вих достатньо мале) можна знехтувати. Можна вважати також, що ланцюжки корекції забезпечують необхідне підсилення і смугу пропускання в замкнутому контурі підсилювача.

Суматор з багатьма входами. На вхід суматора (рис. 2.41) від декількох джерел з вхідними опорами R1, R2, R3 …надходять вхідні сигнали U_Д1, U_Д2, U_Д3, ... Крім того, на вхід підсилювача (точка А) через опір зворотного зв'язку R_зз підводиться частина вихідної напруги U_вих. При цьому необхідно враховувати, що невеликий вихідний опір підсилювача є складовою частиною опору R_зз. Напруги на вході підсилювача під дією вхідних сигналів U_Д1, U_Д2, U_Д3, U_вих визначаються відповідно рівняннями

де R_ = R₁  R₂  R₃  Rзз.

Сумарна напруга на вході підсилювача (точка А)

(2.60)

З урахуванням того, що для інвертувального підсилювача справедливе співвідношення

і К_пU  , з рівняння (2.60) після невеликих перетворень виходить

(2.61)

де R₁=R₂=R₃=R; R_ЗЗ/R — ваговий коефіцієнт.

Коли схема на рис. 2.41 має n ідентичних входів, рівняння (2.61) можна записати у вигляді

Таким чином, вихідна напруга в розглянутій схемі пропорційна сумі вхідних напруг.

Масштабний підсилювач застосовують для зміни масштабу електричної величини множенням вхідного сигналу на деякий сталий коефіцієнт. Якщо в схемі на рис. 2.41 R₂ = R₃ =  (підсилювач з одним входом), то виходить схема (рис. 2.42), для якої рівняння (2.61) набуває вигляду

щ о відповідає призначенню підсилювача. Рівень вихідної напруги (масштаб) визначається співвідношенням опорів R₁ і R_ЗЗ, тобто ваговим коефіцієнтом.

Логарифмічний підсилювач. Щоб одержати логарифмічну передавальну характеристику, в коло негативного зворотного зв'язку операційного підсилювача вмикають p–n-перехід (рис. 2.43), вольт-амперна характеристика якого описується рівнянням

(2.62)

Для ідеального операційного підсилювача I_R+ = I_Д (R_вх  і струму на вході операційного підсилювача немає), а U_вх = 0 (К_пU  і в схемі існує повний негативний зворотний зв'язок). Враховуючи, що при

справедлива рівність

звідки

. (2.63)

Після переходу до десяткового логарифму відносно U_вих виходить:

(2.64)

де k = 2,3 _т.

Т аким чином схему, подану на рис. 2.43 можна використати для виконання операції логарифмування напруги джерела вхідного сигналу.

Диференціальний підсилювач. Для виконання операції диференціювання напруги джерела вхідного сигналу застосовують диференціальний підсилювач (рис. 2.44). В цій схемі практично вся напруга U_Д джерела вхідного сигналу прикладена до конденсатора С, оскільки, як і для попередньої схеми, U_вх = 0. Тому струм, що протікає через конденсатор, визначається як

(2.65)

Через те, що струму на вході ідеального операційного підсилювача немає, то і_С = і_R, і

(2.66)

де RC — стала часу.

І нтегруючий підсилювач (рис. 2.45), вихідна напруга якого пропорційна інтегралу від вхідної напруги, можна створити замінивши активний опір R зворотного зв'язку (рис. 2.44) реактивним елементом (конденсатором С). Під час перехідного процесу в колі RC, який відбувається після подачі на вхід схеми сигналу U_Д (наприклад, у вигляді стрибка напруги), підсилювач працює в лінійному режимі. Цьому режимові відповідає процес інтегрування. Оскільки для інтегрального операційного підсилювача К_пU  , то в схемі існує повний негативний зворотний зв'язок (U_вх = 0) і струм, що протікає через резистор R,

(2.67)

З тієї самої причини, що і в диференціаторі, i_C = – i_R і напруга на конденсаторі, або, що те саме, на виході підсилювача (U_вх= 0) визначається формулою

(2.68)

Якщо до операційного підсилювача прикласти напругу у вигляді стрибка із сталою амплітудою U_Д, то

(2.69)

Де RС — стала часу інтегратора.

Інтегруючий підсилювач працює на низьких частотах аж до частоти f_н = 0, тому його можна використовувати для одержання лінійно-змінної напруги як низькочастотної ланки оптимальної обробки сигналу, або допоміжного високочастотного генератора пилкоподібної напруги.

2.4 Генератори гармонічних коливань

Підсилювальними пристроями, що розглядались у попередніх розділах, керують електричні сигнали, які надходять від датчика або попереднього кільця схеми. Але повинні існувати такі кола, від яких можна отримувати електричні коливання (сигнали) без будь-якої керуючої дії зовні — це кола електронних генераторів, складені за схемою із зворотним зв'язком. Така схема працює в автоколивальному режимі, тобто на її виході створюються періодичні коливання (зміни вихідної величини) при відсутності вхідного збудження.