Вопрос 18
На ОУ создаются схемы, предназначенные для выполнения математических операций над входными сигналами (Сложение, вычитание, интегрирование, выделение модуля функции и т.п.). Наиболее распространенными являются суммирующие и интегрирующие схемы на ОУ. Сумматоры могут быть инвертирующими, не инвертирующими или алгебраическими (иначе вычитатели). Суммирует (с весом) несколько напряжений.
Сумматор на ОУ работает несколько иначе – в точке соединения резисторов и инвертирующего входа ОУ поддерживается нулевой потенциал (т.н. виртуальный ноль). В таком сумматоре коэффициент передачи каждого из входов не зависит от количества подключенных входов. (П. Хорвиц, У. Хилл Искусство схемотехники, издание 3, том 1,Стр 157 – 167.)
Вопрос 19
Идеальный ОУ является физической абстракцией, то есть не может реально существовать, однако позволяет существенно упростить рассмотрение работы схем на ОУ благодаря использованию простых математических моделей. Идеальный ОУ описывается формулой (1) и обладает следующими характеристиками:
Бесконечно большой коэффициент усиления с разомкнутой петлей обратной связи Gopenloop.[2]
Бесконечно большое входное сопротивление входов V- и V+. Другими словами, ток, протекающий через эти входы, равен нулю.
Нулевое выходное сопротивление выхода ОУ.
Способность выставить на выходе любое значение напряжения.
Бесконечно большая скорость нарастания напряжения на выходе ОУ.
Полоса пропускания: от постоянного тока до бесконечности.
Пункты 5 и 6 в действительности следуют из формулы (1), поскольку в неё не входят временны́е задержки и фазовые сдвиги. Из перечисленных условий следует важнейшее свойство идеального ОУ, упрощающее рассмотрение схем с его использованием: Идеальный ОУ, охваченный отрицательной обратной связью, поддерживает одинаковое напряжение на своих входах: Путём изменения выходного напряжения и Если система (ОУ с ОС) устойчива Другими словами, при указанных условиях всегда выполняется равенство:
-
(2)(2)
Не следует думать, что ОУ выравнивает напряжения на своих входах, подавая напряжение на входы «изнутри». На самом деле ОУ выставляет на выходе такое напряжение, которое через обратную связь подействует на входы таким образом, что разность входных напряжений уменьшится до нуля.
Вопрос 20
Дифференциа́льный усили́тель — электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. Применяется в случаях, когда необходимо выделить небольшую разность напряжений на фоне значительной синфазной составляющей.
Итак, дифференциальный усилитель - это устройство, предназначенное для усиления разности подаваемых на его входы сигналов. Вот сейчас мы построением такого усилителя и займёмся.
Рассмотрим схему, построенную на базе операционного усилителя (ОУ), приведенную на рисунке справа.
Это наиболее общая схема усилителя на операционнике. По своей сути, любой усилитель на ОУ - вариант этой схемы (ниже я покажу несколько её превращений).
Прежде чем перейти к расчётам, давайте поговорим о том, что лежит в их основе. В основе расчётов всех схем с операционными усилителями лежат два положения, характеризующие идеальный операционный усилитель:
1) ОУ имеет бесконечно большое входное сопротивление и как следствие - бесконечно маленький входной ток. Проще говоря - входной ток при расчётах считают равным нулю. Имеется ввиду, естественно, не входной ток построенного на ОУ усилителя, а ток, втекающий в ножки самого операционного усилителя.
2) ОУ имеет бесконечно большой коэффициент усиления и как следствие - разность потенциалов между его входами (между входными ножками самого ОУ) в схемах с достаточной отрицательной обратной связью, равна нулю.