1. Типовые схемы на операционных усилителях (сумматоры, интеграторы, инвертирующие усилители).

Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с Кус > беск., имеющий дифференциальный вход и один выход.  Идеальный ОУ: ОУ с ООС всегда стремится установить потенциалы входов одинаковыми; входы тока не потребляют. Идеальный операционный усилитель усиливает только разницу напряжений между двумя этими входами. V_out = Кус (V₊ - V). Параметры: максимальная скорость нарастания выходного U (В/мкс). ООС повышает стабильность работы, уменьшает нелинейные искажения и уменьшает диапазон частот. Напряжение на выходе не больше 15 В.

 Инвертирующий усилитель

   

    Входное сопротивление определяется сопротивлением R₁. Потенциал выхода станет противоположного знака, иначе ток не потечет. Поскольку выходной сигнал является инверсным по отношению к входному, он вычитается из входного. В результате общее усиление каскада снижается. Параллельная ООС Используется в усилительных схемах.

Неинвертирующий усилитель

Отсюда       Uвх.д.=Uвх-Uос

Последовательная ООС

Можно сказать, что параллельная ООС всегда уменьшает, а последовательная увеличивает входное сопротивление. Выходное сопротивление в обоих случаях малое, так как ООС по напряжению выходное сопротивление уменьшает.

Сумматор на ОУ

Усиление каждого входа сигнала равно отношению сопротивления резистора R₄ к сопротивлению соответствующего входного резистора.

- выходные напряжения сумматора

Если R1=R2=R3=R, то Uout=R4/R3 * (U1+U2+U3)

Интегратор и интегратор со сбросом

Интегратор – источник линейно изменяющегося напряжения(ФНЧ). Главное достоинство – при подаче прямоугольных импульсов, на выходе получают ЛИН (подбирая длительность импульса).

Интегратор со сбросом – служит для получения колебаний пилообразной формы. Соединяют вх. сброса и Uвх и подают на них «-» прямоугольные импульсы = 5 В. Полевой транзистор будет закрыт в пределах каждого «-» импульса, а интегратор будет вырабатывать пилу. Когда Uвх=0, Uвых будет сбрасываться до нуля, т.к. VT1 будет открываться и емкость будет разряжаться через него.

Дифференциатор

Если в схеме инвертирующего усилителя конденсатор установить вместо R₁, то получим схему дифференцирующего устройства. В этом случае  .

R2С-длительность импульса (чем больше длительность, тем уже пила.)

При синусоидальном входном напряжении дифференциатор работает как фильтр высоких частот, коэффициент усиления которого пропорционален частоте входного сигнала.

Дифференциальный усилитель

усиливает разность двух входных сигналов и является сочетанием инвертирующего и неинвертирующего усилений. Выходное напряжение определяется следующей формулой:

.  

Если R₁ = R₂ и R₃ = R₄, то выходное напряжение будет:

2. Функциональные генераторы; генераторы, управляемые напряжением. ФГ – генераторы, вырабатывающие прямоугольные и треугольные импульсы. Сначала формируется прямоугольный импульс на выходе компаратора (т. Шмидта – компаратор с гистерезисом). Интегратор всегда переворачивает сигнал. Пороги срабатывания задаются R2 и R3

( ). Компаратор используется без ООС, т.к. не работает правило равенства потенциалов на входах.

ГУН – изменение частоты Uвых под действием входного напряжения. Если на выходе компаратора напряжение U_ВЫХmax, то интегратор интегрирует в течение времени t₁ напряжение +U_ВХ, которое поступает через коммутатор VT1 (VT2 в это время заперт). Когда напряжение на выходе интегратора достигнет U_ВЫКЛ, компаратор ОУ2 сработает и на его выходе появится напряжение U_ВЫХmin, которое выключает VT1 и включает VT2. Начинается процесс интегрирования напряжения -U_ВХ. Так как R2<<R1 и t₂<<t₁, то t₁+ t₂  t₁. Время t₁ можно определить как:

Таким образом, частота генератора пропорциональна входному напряжению. Для того, чтобы входное напряжение U_ВХ или -U_ВХ поступили на вход интегратора, необходимо открыть транзистор VT1 или VT2. Особенность схемы заключается в том, что эмиттерные повторители должны поочередно находиться в насыщенном режиме (переходы эмиттер-база и база-коллектор смещены прямо) для этого необходимо выполнить условия: U_Б>U_ВХ.