Источник тока, управляемый током (ИТУТ)
Рисунок 24: ИТУТ
Iвх=Iг-Iос
kI = Iн/Iг = (Rос1 + Rос2)/Rос1 Rвх = Rо/(1+γR)
Трансформатор напряжения, трансформатор проводимости, трансформатор токов, трансформатор сопротивлений. Схема с последовательной обратной связью по току.
Важно: Элементы схемы могут быть не только активными, но и реактивными. В этом случае, коэффициенты передачи схемы будут комплексными.
Основные операционные схемы
Рассматриваемые ниже соотношения справедливы для сигналов постоянного и переменного тока (напряжения) в пределах равномерной полосы усиления при отсутствии нелинейных искажений.
Инвертирующий усилитель (инвертор)
Рисунок 25: Инвертор
IEEE Transactions
Так как Rвх0 собственно усилителя велико, то входной ток во вход не втекает. Uвых=-EгRос/R1
koc=-Roc/R1
15
Инвертирующий сумматор
Рисунок 26: Инвертирующий сумматор
Ua=0, I1+I2+...+In=Iос
(E1-Ua)/R1+(E2-Ua)/R2+...+(E1-Ua)/R1=(Ua-Uвых)/Rос
Вчастном случае, если R1=R2, то Uвых=-(Е1+Е2+...)/Roc Uвых=(Roc/R1*E1+Roc/R2*E2+...+Roc/R1*E1) R1=R2=R3
Врассмотренных схемах отсутствуют погрешности из-за синфазного входного напряжения, поскольку оно само отсутствует.
Неинвертирующий усилитель
Рисунок 27: Неинвертирующий усилитель
I1=Iос, т.к. Rд → беск.
I2 = (Eг + Uд)/R1 = (Uвых — (Ег + Uд))/Еос Uд → 0, т.к. к → беск.
Ег/R1 = (Uвых-Ег)/Rос; Uвых = +Ег(Rос/R1+1) kос = Rос/R1+1, k >= 1
Повторитель напряжения
Если Rос = 0, то k = 1. Имеет большое входное сопротивление, малое выходное (см. усилитель с обратной связью). Как буферный каскад. Схема изменяет свойства, в зависимости от R нагрузки, например фильтры. Коррекция усилителей с малым k может вызывать сложности, но большинство ОУ выпускают с внутренней коррекцией.
16
Преобразователь токов в напряжение
Используется в схемах цифро-аналоговых преобразователей. Uвых = eг*Rн/(Rг+Rн), Rг → 0.
Uвых = ег при Rн — var.
Rг << Rн - усилитель сигнала по напряжению. Используется для улучшения сигнала фото датчиков.
Iг = Iос, Uа = 0.
Uвых = - Iос*Rос k = Uвых/Iвх
Дифференцирующий усилитель
Рисунок 29: Дифференцирующий усилитель
Uвых = U`вых + U``вых; U`вых = -R2/R1; U``вых=Eг2R4/R3 kос = 1/гамма = 1/(R1/(R1+R2)) = (R1+R2)/R1
Uвых = - R2/R1Eг1+Ег2R/(R3+R4)*(R1+R2)/R1 R1=R2=R3=R4, если R1=R3; R1=R4
Uвых = Ег1 + Ег2
Uвых = R2/R1Eг1+R2/R1Ег2
Рисунок 28: Преобразователь токов в напряжение
Интегратор
Рисунок 30: Интегратор
Ic = dQ/dt = C dUc/dt ir = ic
(Eг — Ua)/R = C*d(Ua – Uвых)/dt Eг/R = -C*dUвых/dt
17
Uвых= −RC1 ∫Eг dt U0
-1/RC; RC = τ
Основным значением интегратора является частотно-избирательные цепи.
Рисунок 32: Рисунок 31:
Реальное ОУ имеет напряжение смещения и входные токи. Эти погрешности не отличимы от ОУ и схема интегрирует их, также как входной сигнал. Если не принимать специальных мер, то через некоторое время ОУ насытится, даже если сигнал на входе равен нулю.
Погрешности интегратора можно уменьшить:
1.Использовать ОУ с малыми статическими погрешностями, а также конденсаторы с малыми токами утечки. Лучшие конденсаторы – тефлоновые.
2.Периодически разряжать конденсатор.
3.Шунтировать конденсатор резистором.
Логарифмическая ЧХ соответствует АЧХ фильтра нижних
частот первого порядка.
Рисунок 33:
Дифференциатор
Используется в качестве фильтров верхних частот.
Рисунок 34: Дифференциатор
Ic = ir
C d(eг – Ua)/dt = (Ua – Uвых)/R C d eг/dt = -Uвых/R
Uвых = -RC dег/dt
18