832

131

Повторитель напряжения обладает большим входным сопротивлением (практически бесконечным), практически нулевым выходным сопротивлением, широкой полосой пропускания, малой величиной сдвига и дрейфа нулевого уровня.

12.3 Дифференциальный УПТ

Выходное напряжение устройства, представленного на рис. 12.5, определяется соотношением

пропорционально разности входных напряжений и усилитель становится дифференциальным.

Напряжение смещения и входные токи реального ОУ вызовут в этом усилителе сдвиг выходного напряжения на величину

132

Недостатками простой схемы дифференциального усилителя являются малое входное сопротивление и трудность регулировки коэффициента усиления. От этих недостатков свободен измерительный усилитель (рис. 12.6). Неинвертирующее включение DA1 и DA2 обеспечивает большое входное сопротивление по обоим входам. Разность потенциалов (U3 – U4) можно определить как

U3

U2 DA2

Рис. 12.6 – Схема измерительного УПТ

Выходное напряжение повторяет эту разность:

Следовательно:

Входные сопротивления по обоим входам можно считать равными бесконечности. С помощью переменного сопротивления R можно плавно менять коэффициент усиления измерительного усилителя. При реализации усилителя в виде интегральной микросхемы требуется подключение только переменного резистора R.

133

12.4 Аналоговый сумматор

Схема, приведенная на рис. 12.7, позволяет просуммировать три аналоговых входных напряжения U1,U2,U3. Так как инвертирующий вход ОУ является точкой кажущейся земли (U 0), можно определить токи во входных цепях i1 U1/R1, i2 U2 / R2, i3 U3 /R3. Так как входное сопротивление идеального ОУ равно

т.е. выходное напряжение пропорционально сумме входных напряжений (с соответствующими масштабными коэффици-

ентами).

Для уменьшения влияния входных токов ОУ между неинвертирующим входом и общим выводом желательно поставить сопротивление R4 R1R2R3RОС . Тогда погрешность сдвига и дрейфа выходного напряжения можно определить по формулам:

12.5 Аналоговый интегратор

Для идеального операционного усилителя кооэффициент передачи устройства, показанного на рис. 12.8, а, определяется соотношением

134

1

Рис. 12.8 – Аналоговый интегратор:

а – схема инвертирующего интегратора на ОУ; б – ЛАЧХ коэффициента передачи интегратора;

в – эквивалентная схема для оценки сдвига и дрейфа ну-

Передаточная функция (12.4) соответствует идеальному интегратору. ЛАЧХ его коэффициента передачи идет с наклоном – 20 дБ/дек, пересекая ось абсцисс при 1 . Для интегратора справедливы соотношения: i1 Uвх /R и iОС C dUвых (t)/dt, по-

1

этому Uвых(t) RC Uвх(t)dt.

Оценим петлевое усиление контура ООС в интеграторе с учетом конечности коэффициента передачи реального ОУ

ной связи.

Для реального ОУ передаточную функцию интегратора можно записать в виде

ЛАЧХ реального интегратора, построенная по выражению (12.5), приведена на рис. 12.8, б (там же пунктиром изображена ЛАЧХ ОУ). Ниже частоты1К она идетна уровнеК дБ, а вышечастоты единичного усиления ОУ увеличивает наклон до–40 дБ/дек. Таким образом, полоса рабочих частот реального интегратора отличается от идеального интегратора (у него ЛАЧХ сохраняет наклон –20 дБ/дек на всех частотах) на низких частотах за счет конечности величины коэффициента усиления операционного усилителя К, на высоких – за счет конечной величины частоты единичного усиления f1 реального ОУ.

Ошибку смещения нуля можно определить как напряжение на выходе схемы рис. 12.8, в при размыкании ключа S:

Следовательно, после создания нулевых начальных условий напряжение на конденсаторе линейно нарастает, пока ОУ не перейдет в насыщение. Эта ошибка ограничивает максимальное время интегрирования. Для ее уменьшения необходимо или периодически разряжать С аналоговым ключом (так поступают при

136

интегрировании импульсных сигналов), или параллельно С поставить резистор R1 (так поступают при интегрировании сину-

12 R1C до f1, тогда как раньше интегрирование было возможно от 12 К до f1).

Переходная характеристика интегратора представляет собой линейно изменяющееся напряжение, идущее с наклоном минус Uвх , где Uвх – амплитуда ступеньки, подаваемой на вход. Это свойство интегратора используется в генераторе прямоугольного и треугольного напряжений, схема которого приведена на рис. 12.9, а. Операционный усилитель DA1 работает как компаратор, переключаясь с +Е к –Е всякий раз, когда напряжение на неинвертирующем входе, изменяющееся за счет работы интегратора DA2, переходит нулевое значение.

Рис. 12.9 – Схема (а) и временные диаграммы напряжений (б) генератора напряжений прямоугольной и треугольной формы

При отрицательном напряжении на выходе DA1 (Uвых1 = –Е) напряжение на выходе интегратора линейно нарастает со скоро-

стью E/ . Когда выполняется условие Uвых2 / R2 = Uвых1 / R1, т.е. при Uвых2 = E / 2, схема переключается в другое состояние и напряжение на выходе интегратора с той же скоростью изменяется в противоположном направлении до –E / 2 (рис. 12.9, б).

Из условия E T E получаем соотношение для оценки пе-

2

риода генерируемых колебаний.

T 2 2RC.

137

12.6 Усилители переменного напряжения

В усилителях переменного напряжения на ОУ возможно применение разделительных конденсаторов. В инвертирующем УНЧ на операционном усилителе (рис. 12.10, а) по постоянному току ОУ охвачен стопроцентной ООС и сдвиг выходного напряжения невелик: U Uсм IвхR2. Вследствие этого отпа-

дает необходимость балансировки нуля и возможно подключение нагрузки без разделительного конденсатора. Коэффициент передачи УНЧ для идеального операционного усилителя