4. Идеальные операционные усилители. Модели оу в линейном и нелинейном режимах. Примеры расчёта типовых схем на интегральных оу.

Операционный усилитель - усилитель с высоким входным и малым выходным сопротивлением. Зависимость входного напряжения от выходного – передаточная характеристика.

Пх имеет три области: одну линейную и две области насыщения. В линейной области ОУ ведёт себя как усилитель напряжения с большим сопротивлением. Тк входное напряжение не должно превышать напряжение питания, Ud не превышает доли милливольт. Поэтому ОУ может работать в линейном режиме при наличии отрицательной обратной связи.

Параметры современных ОУ совершенны поэтому при расчётах участок идеальный Ku=infinity, Rвх = infinity, Rвых = 0

Линейный режим:

1. Входящие токи равны нулю

2. Напряжение на выходе равно 0.

Ud=0 (правило виртуального замыкания)

5. Характеристики эквивалентного двухполюсника. Передача энергии от эквивалентного двухполюсника нагрузке. Режим согласованной нагрузки.

Ток в цепи .

Напряжение на зажимах двухполюсника .

Вольт-амперная характеристика двухполюсника. Ее называют нагрузочной прямой. В пределе, когда сопротивление станет равным нулю, напряжение двухполюсника упадет до нуля, а ток достигнет максимального значения. Такой режим работы двухполюсника называют режимом короткого замыкания.

Если увеличивать сопротивление нагрузки, ток двухполюсника будет уменьшаться. В пределе при ток . Такой режим двухполюсника называют режимом холостого хода.

Мощность, отдаваемая двухполюсником в сопротивление нагрузки .

Мощность принимает нулевые значения в режимах холостого хода и короткого замыкания. При некотором значении мощность нагрузки принимает максимальное значение.

.

Такой режим, когда сопротивления двухполюсника и нагрузки равны и двухполюсник отдает во внешнюю цепь максимальную мощность, называют режимом согласованной нагрузки.

Коэффициент полезного действия рассматриваемой цепи равен отношению мощности, выделяемой в нагрузке, к мощности, развиваемой двухполюсником:

.

В режиме согласованной нагрузки КПД . В таком режиме половина мощности теряется в двухполюснике. Такой режим допустим в цепях малой мощности, когда потерями можно пренебречь. В цепях большой мощности режим согласованной нагрузки не используется, так как КПД слишком мал.

6. Теорема об эквивалентном двухполюснике(Теорема Тевенина и Нортона). Метод эквивалентного генератора. Примеры расчёта (мост Уитстона)

теорема об эквивалентном двухполюснике

Линейную цепь с двумя внешними зажимами можно представить эквивалентной схемой, состоящей из последовательно соединенных независимого источника напряжения и резистора.

Напряжение источника равно напряжению холостого хода двухполюсника, а сопротивление резистивного элемента равно входному сопротивлению двухполюсника.

В соответствии с принципом наложения напряжение на внешних зажимах представим в виде суммы двух составляющих: .

Первая составляющая обусловлена действием независимых источников в двухполюснике при токе внешнего источника равном нулю. Поскольку , напряжение на внешних зажимах равно напряжению холостого хода: .

Вторая составляющая вызвана действием источника тока, подключенного к внешним зажимам. При этом напряжения и токи независимых источников внутри двухполюсника равны нулю. В этом случае .

Таким образом, линейный резистивный двухполюсник можно представить эквивалентной схемой, образованной последовательным соединением источника напряжения и резистора. Напряжение источника равно напряжению холостого хода двухполюсника, а сопротивление резистора – входному сопротивлению двухполюсника: .

Расчет методом эквивалентного генератора проводится в следующей последовательности.

1. Выделяется ветвь, в которой необходимо рассчитать ток, а остальная часть цепи заменяется эквивалентным двухполюсником

2. Определяются параметры эквивалентного двухполюсника .

3. Искомый ток рассчитывается по формуле .

Пример 3.5. Мост Уитстона, показанный на рис. 3.18, используется для измерения сопротивлений. Для ограничения тока нуль-индикатора последовательно с ним включен резистор . Необходимо найти ток в диагональной ветви моста, если .

Воспользуемся методом эквивалентного генератора. Разомкнем диагональную ветвь, а оставшуюся цепь представим эквивалентной схемой Тевенина (рис. 3.19). Тогда задача сводится к расчету тока в элементарной схеме на рис. 3.17, б.

Напряжение холостого хода в схеме на рис. 3.19 найдем из уравнения по второму закону Кирхгофа для контура, включающего резисторы , и разомкнутую ветвь:

.

Токи и определим с помощью закона Ома:

; .

Итак, напряжение холостого хода

.

Входное сопротивление двухполюсника найдем, исключив из схемы источник напряжения:

.

Таким образом, параметры эквивалентной схемы Тевенина

.

Искомый ток

.