5.2. Основные схемы включения и нормирование режима работы оу

1) Инвертирующая и неинвертирующая схема с заданным усилением (рис. 5.3).

Сигнал на выходе инвертирующей схемы имеет обратный знак к входному.

Сигнал на выходе неинвертирующей схемы имеет знак, равный входному.

В универсальных ОУ коэффициент передачи по току К_I может составлять

К_I ≥ 10000 и зависит от сопротивлений: а) источника сигнала; б) нагрузки.

Коэффициент усиления (передачи) по напряжению К_U нормируется величинами номинальных значений сопротивлений резисторов в цепи обратной связи

для схем (рис.5.3,а и 5.3,б): , (5.2)

; (5.3)

для схемы (рис. 5.3,в) (повторитель напряжения) величина К составит:

К_U = U_ВЫХ/U_ВХ = 1 (5.4)

Для повышения стабильной работы схемы целесообразно задавать К_U в диапазоне К_U = 10÷100, но не более чем К_U = 1000 или К_U = (¹/₁₀₀)*A.

В универсальных ОУ коэффициент А передачи по напряжению зависит от диапазона усиливаемых частот. Если цепь ОС отсутствует, то с ростом частоты коэффициент усиления А падает с наклоном: 6 (db/октава) или 20 (db/декада) [4].

Введение цепи ОС позволяет нормировать К с целью линеаризации передаточной характеристики ОУ в некотором рабочем диапазоне частот (рис. 5.4).

Д о частоты f_Среза ОУ обес-печивает линейную передачу усиливаемого напряжения, а за частотой среза f_СР коэффи-циент передачи К вновь падает с наклоном 6 db/окт. или 20 db/дек. (рис. 5.4) [3].

Это наблюдается до гранич-ной частоты f_Гран, где К_U = 1.

Поэтому, чем меньше вели-чина К, тем шире диапазон рабочих частот f_Раб на линейном рабочем участке.

Например, для получения требуемого К_U = 20 выберем следующее отношение резисторов в цепи обратной связи:

К_U = 20 = U_ВЫХ/U_ВХ = R_ОС/R₁ = 20кОм/1кОм. (*в данном примере знак не учтен).

Необходимо отметить, что выходное напряжение ограничено величиной питания:

U_ВЫХ ≤ (¾) Е_ПИТ (для низковольных ОУ) или U_ВЫХ ≤ Е_ПИТ – 3 В.

Это вытекает из условия, что усилители на ОУ не должны входить в насыщение.

5.3 Дифференциальный усилитель, компаратор и сумматор на оу

На рис. 5.5,а показана схема дифференциального усилителя с нормирован-ным коэффициентом К_U передачи по напряжению. При действии на двух входах дифференциального сигнала, например, если ко входу схемы подключен дифференциальный датчик, схема работает как измерительный усилитель.

U_ВЫХ = (U₁–U₂)*К_U = (U₁–U₂)*(R_ОС/R₁) либо U_ВЫХ = (U_ОП–U_ВХ)*К_U. (5.5)

Д ифференциальное напряжение U_d, действующее между двумя входами ОУ, должно удовлетворять условию:

U_d = (U₁–U₂) → 0. (5.6)

Для схемы неинвертирующего суматора (рис. 5.5,в) справедливо условие:

U_ВЫХ = (U₁+U₂+U₃)*(R₁+R₂)/R₁. (5.7)

Схема инвертирующего сумматора приведена на рис. 5.6. В связи с тем, что инвертирующий вход не имеет прямой связи с шиной “земля”, но имеет потенциал “земли”, его называют потенциально или мнимо заземленным. С учетом этого свойства запишем уравнение баланса:

(5.8)

Решая уравнение 5.8 относительно напряжения U_ВЫХ схемы, получим:

(5.9)

Аналогично, для n входов, получим:

, либо U_ВЫХ = – (U₁+U₂+U₃)*(R_ОС/R_i) (5.10)