6.6.3 Неінвертувальна схема вмикання оп

Така схема вмикання ОП показана на рис. 6.14. Напруга зворотного зв’язку з виходу подається на інвертувальний вхід підсилювача, а вхідний сигнал - на неінвертувальний вхід. За умов ідеального ОП коефіцієнт передачі за напругою визначають співвідношенням між вихідною напругою U_вих і напругою зворотного зв’язку U_з.з, яка формується на опорі Z:

Враховуючи принцип віртуального замикання (рис. 6.9), одержують U_зв = U_вх, а відтак:

При неінвертувальному вмиканні ОП коефіцієнт передачі за напругою так само як і при інвертувальному, визначають зовнішніми навісними елементами.

Я кщо Z_з.з = 0, то G_U = 1. Це дозволяє побудувати повторювач напруги U_вих = U_вх. Вихідна напруга повторює вхідну за фазою і амплітудою. Схема повторювача показана на рис. 6.15. Вона відрізняється дуже високим вхідним опором та малим вихідним опором. Останнє дозволяє підключати до ОП навантаження з опором 0,3…1 кОм.

Повторювачі напруг широко застосовуються як вхідні та вихідні вузли радіоелектронних пристроїв.

Промисловість випускає багато типів ОП.Операційні підсилювачі 140УД6;  140УД14 побудовані за двокаскадними схемами з використанням супербета транзисторів. Завдяки таким транзисторам ці ОП мають вхідний опір 2·10³ і 30·10³ Ом при дуже малих струмах (30 і 2 мкА) відповідно. Коефіцієнт підсилення згаданих ОП G_U = (50…70)·10³. У схемі ОП типу 544УД1 вхідний опір підвищений до 100 МОм завдяки використанню у вхідному диференціальному каскаді ПТ.

Розроблені також інтегральні прецизійні ОП з високою стабільністю характеристик, малими шумами і низьким рівнем дрейфу нуля. До таких схем належить ОП 153УД5.

6.6.4 Імпульсний режим оп

П ри використанні ОП в аналогових (лінійних ) пристроях (підсилювачі та ін. ), вхідний сигнал повинен змінюватись лише в межах нахиленої ділянки передавальної характеристики ОП (. рис. 6.16), коли вихідна напруга пропорційно залежить від вхідної. В імпульсному режимі роботи рівні вхідного сигналу перевищують значення, які відповідають лінійній області передавальної характеристики, а тому вихідна напруга досягає U⁺_вих.mах або U^-_вих.mах. Ці рівні вихідної напруги є сталими і майже дорівнюють напругам джерел живлення E та E ОП.

Горизонтальні ділянки кривих передавальної характеристики ОП відповідають режиму повністю закритого (режим відсікання) або повністю відкритого (режим насичення) транзистора вихідного каскаду (найчастіше емітерний повторювач) ОП.

Таким чином, ОП, як і дискретний біполярний транзистор, може працювати як у лінійному, так і в імпульсному режимі.

Властивості та параметри ОП дозволяють ефективно використовувати їх для побудови імпульсних пристроїв, зокрема компараторів. У таких функціональних вузлах порівнюються дві напруги, що надходять до входів (чи на один вхід) підсилювача: вхідна: U_ВХ , що змінюється, і опорна U₀ , яка заздалегідь визначається. Опорна напруга позитивної або негативної полярностей незмінна за величиною. Коли вхідна напруга досягає рівня опорної, компаратор перемикається, на виході ОП відбувається зміна полярності напруги, наприклад, з U ^– _вих.mах на U ⁺ _вих.mах.( чи навпаки). Аналогічно відбувається процес перемикання при співпадінні амплітуд двох сигналів, що надходять на входи компаратора.

Для порівняння різнополярних напруг на вході використовують одновходовий компаратор (рис.6.17,а), в якому опорний сигнал і досліджуваний надходять до інвертувального входу ОП. В початковому стані за відсутності вхідного інформаційного сигналу на інвертувальному вході діє + U₀ , виконується нерівність |U_ВХ |<U_О |, тому результуюча напруга на інвертувальному вході U_ІН > 0 а напруга на виході компаратора U_вих = U ^– _вих.mах E ^–_С (напруги на інвертувальному вході і на виході різнополярні). На цей же вхід подається наростаючий вхідний сигнал протилежної полярності. Результуючий сигнал на інвертувальному вході змінюється і як тільки досягне встановленого порогового рівня та перевищить його за абсолютним значенням на вході буде діяти негативний по-тенціал (U_ін < 0), що викликає перемикання компаратора в інший стан, в якому U⁺_вих.mах E⁺_С. Завдяки великому коефіцієнту підсилення ОП перемикання відбувається за дуже незначного перевищення амплітуди вхідного сигналу над пороговим рівнем. Цьому також сприяє відсутність зворотного зв’язку. Пороговий рівень визначається співвідношеням опорів:

U_вх.пор = U₀ R₁| R₂

Таке визначення рівня напруги відрізняється від традиційного для подільника напруги (розд.1.6.2.), тому що одержано з урахуванням віртуального замикання. За відсутності вхідного ЕІС резистор R1 фактично підключається до загальної точки схеми ( до «землі»). Вхідний струм ОП вважаємо відсутнім, а тому на R3 спад напруги не створюється, а відтак резистор R2 фактично теж приєднаний до «землі». Струм, що створюється джерелом опорної напруги I = U_O/R₂ .Великий вхідний опір ОП обумовлює протікання цього струму через резистор R1, на якому формується спад напруги, означений наведеною формулою.

У двовходовому компараторі (рис. 6.17, б) сигнали, які порівнюють, надходять до обох входів ОП. Тому стан виходу компаратора (полярність вихідної напруги) визначається більшою за рівнем напругою одного з входів Якщо вхідні напруги однакові, вихідна напруга компаратора дорівнює нулю аналогічно роботі аналогового ОП.

Якщо необхідно зафіксувати появу позитивного ЕІС, або перевищення його рівня, на неінвертувальний вхід подається відповідна опорна напруга + U_0. При цьому на виході ОП одежуєм початковий стан ОП U⁺_вих.mах E⁺_С. Як тільки сигнал на інвертувальному вході перевищить встановлений пороговий рівень, ОП перемикається.На виході встановлюється U_вих = U ^– _вих.mах E ^–_С .

Перемикання одновходових та двоходових компараторів широко використовують в автоматизованих системах для визначення часу співпадіння за амплітудою двох сигналів (« 0-органи»), чи появи сигналів тривоги, при перевищені параметрів в технологічних процесах та ін...

Основним показником ОП, що працюють в імпульсному режимі, є їх швидкодія, яка оцінюється затримкою спрацьовування та часом зростання вихідної напруги. Найбільшу швидкість мають спеціалізовані ОП, що отримали загальну назву “компаратори”, які призначені для імпульсного режиму роботи. Затримка спрацьовування таких мікросхем менше 1 мкс, а час зростання вихідної напруги становить соті частки мікросекунди.