1) Инвертирующий усилитель на оу (иу)

Д ля улучшения параметров операционных усилителей и придания им определенных свойств ОУ охватывается цепью отрицательной обратной связи.

Операционный усилитель при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении изменяет полярность сигнала на противоположную или фазу переменного сигнала на 180 градусов. В усилительных устройствах широко применяется схема инвертирующего усилителя. Входной сигнал и сигнал ОС подаются на инвертирующий вход, при этом происходит сложение токов Iвх и Iос. Найдем усилительные параметры ИУ.

Uвх = Iвх*Rвх, Uвых = -Iос*Rос, пренебрегая I‘вх, получим Iвх = - Iос

Отсюда

Uвых/Uвх = К_{U ИУ} = -- Rос/Rвх.

Знак (-) указывает на то, что фазы выходного и входного напряжения противоположны.

2) Неинвертирующий усилитель на оу (ниу)

Если сигнал обратной связи подается на инверсный вход, а входной сигнал на прямой вход усилителя, то

Uвых = К_U *(Uвх – Uос)

и ОУ называют неинвертирующим с отрицательной обратной связью (ОС).

Рассмотрим схему НИУ и определим его коэффициент усиления с учетом ОС, допуская, что Rн>>Rвых, Rвх>>R1, R2>>Rвых.

Напряжение ОС определяется как

Uос = Uвых R1/(R1+R2) = Uвых*g,

где g = R1/(R1+R2),- коэффициент ОС, т.е. Uвых = К_U (Uвх – Uвых*g),

где К_U – коэффициент усиления ОУ без ОС.

Из вышеприведенных выражений следует формула для расчета

К_{U НИУ} = Uвых/Uвх = К_U /(1 + К_U *g) < К_U.

Таким образом, отрицательная ОС уменьшает коэффициент усиления каскада, и при К_U >>1, К_{U НИУ} = (R1+R2) / R1 = 1 + R2/R1, т.е. К_{U НИУ} определяется лишь отношением сопротивлений и не зависит от коэффициента усиления ОУ без ОС.

Кроме того, введение ОС позволяет стабилизировать коэффициент усиления НИУ. Действительно, если Ku уменьшится, то уменьшится и Uвых и Uос, но возрастет разность (Uвх – Uос), что приведет вновь к увеличению Uвых, т.е. к компенсации Uвых.

3) Сумматор инвертирующий представляет собой инвертирующий усилитель с обратной связью и суммированием входных токов. Выходное напряжение сумматора пропорционально сумме входных напряжений с обратным знаком:

Uвых = - (Rос/R1*Uвх1 +Rос/R2*Uвх2 + Rос/R3*Uвх3)

4. Сумматор неинвертирующий - представляет собой неинвертирующий усилитель с обратной связью, выходное напряжение которого пропорционально среднему арифметическому от входных напряжений, т.е.

U вых = (1+Rос /R1) *(U1 +U2 + U3 )/3.

Рис. 4.26 а) Сумматор инвертирующий б) Сумматор неинвертирующий.

4. Вычитатель (вычитающий усилитель) – это операционный усилитель с дифференциальным включением входных сигналов, при этом

Uвых = Rос/R1 *(Uвх1 -Uвх2)

пропорционально разности входных напряжений.

U_ВЫХ = - U₁R₁/R₂ + U₂(1 + R_ОС/ R_ВХ)(R₂/( R₂ + R₂))

4. Интегратор– это инвертирующий ОУ с

емкостью в цепи обратной связи, выходное

напряжение которого

Uвых = ─(1/С1*R1)∫Uвх(t)dt

U_С1 = ─ Uвых

Uвых = ─ (1/С1*R1)∫Uвх(t)dt

Iвх = Iос , то есть

СdUc/dt = Uвых/R1

Для скачка величиной E имеем

Uвых = ─E*t/R1*C1

Рис.4.28. Интегратор (инвертирующий)

7) Дифференцирующий усилитель

С*du_C/dt ≈ С*du_ВХ/dt = - Uвых/R1

Uвых = -R1C1 dUвых/dt

Рис.4.29. Дифференциатор (инвертирующий

8) Логарифмический усилитель

Рис.4.30. Логарифматор (инвертирующий)

Ток вентиля

I_V = I_ОБР(e^Ua/mUt - 1); 1<m<2 при I_V >> I_ОБР

Можно считать, что

I_V = I_ОБР e^Ua/mUt , e^Ua/mUt = I_V /I_ОБР; I_V = I_R1 = Uвх / R₁

Uвых = -Uа, Uвых = -mU_tln(Uвх /I_ОБР R₁), то есть

Uвых = -k₁ln(Uвх / k₂) = k₁lnUвх – k₁lnk₂ = -k₃ – k₁lnUвх

9. Прецизионный диод

Данная схема при плюсовом напряжении

на входе обеспечивает на выходе напряжение,

равное входному, начиная со значения в К_{U ОУ}

меньшего прямого падения на диоде, т.е.

U_{ВХ min} = U_{ПР VD} / К_{U ОУ}

При отрицательном входном напряжении

на віходе сигнал равен нулю.

Таким образом, данная схема имеет

передаточную характеристику, соответствующую

ВАХ идеального диода.

9. Прецизионные выпрямители на ОУ

Выпрямители могут быть реализованы на пассивных диодно-резистивных цепях, но значительное прямое падение напряжения на диодах (0,5 – 1 В) и нелинейность их ВАХ вносят в этом случае значительные погрешности, особенно при обработке слабых сигналов. Применение ОУ позволяет в значительной степени ослабить влияние реальных характеристик диодов.