Ответы на вопросы №4

3. Приведите в явном виде зависимость Vout от Rн.

Рассмотрим нахождение выходного напряжения:

K – коэффицинт усиления, зависит от параметров R5,R6,R7,R8

VH = Iн*(Rн+Rop) имеет зависимость, Iн втекает в Rн и не имеет зависимости

VL – не имеет зависимости от Rн

Vор – не имеет зависимости от Rн

Раскрыв скобки, получится линейная функция y=kx+b, утверждающая, что Vout и Rн имеет линейную зависимость.

1. На каком основании и при каких условиях можно говорить, что потенциалы входов ОУ получаются равными? Можно ли с достаточной точностью также говорить про неидеальный ОУ?

При бесконечно большом коэффициенте ( ), являющимся характеристикой идеального ОУ, можно говорить равенстве потенциалов. Это следует из формул:

– ( - конечная характеристика)

Никакой точности не будет достаточно, чтобы неидеальный ОУ имел нулевую разность потенциалов. Это хорошо видно из формулы. Исключением является разве что случай, когда . Зато неидеальный ОУ может стремиться к устранению разности потенциалов (хорошо видно на схемах с ООС)

Если внимательно посмотреть на выше приведенные рисунки, можно заметить, что ООС(через Rосс) во всех случаях заводится с выхода только на инвертирующий вход, что позволяет переформулировать это правило: напряжение на выходе ОУ, охваченного ООС, стремится к тому, чтобы потенциал на инвертирующем уравнялся с потенциалом на неинвертирующем входе. 2. Что такое время нарастания переходного процесса, как оно связано с АЧХ усилителя?

Время нарастания переходного процесса - время от начала переходного процесса до момента первого пересечения графиком линии установившегося значения.

Амплитудно-частотная характеристика ОУ представлена на рисунке:

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) практически равномерна от постоянного тока (частота f=0) до некоторой частоты f_ср, называемой частотой среза или частотой перегиба, где начинается ее спад вследствие ответвления выходного тока в параллельные паразитные емкости. Спад АЧХ усилителя в высокочастотной области представляет интерес вплоть до частоты f_T на которой коэффициент усиления K падает до единицы. Частоту f_T называют полосой единичного усиления усилителя (на рис. обозначена точкой В) и определяется из АЧХ ОУ

В случае использования ОУ с внутренней частотной коррекцией знание его полосы единичного усиления легко позволяет определить полосу пропускания разрабатываемого усилителя f_в.

.

Динамические свойства ОУ определяются рядом параметров. Основная из них, наиболее часто приводимая в справочниках, — полоса единичного усиления , но в паспортных данных на некоторые ОУ не она приводится. В этих случаях указывается параметр t_н, называемый временем нарастания переходного процесса (при единичном усилении).

Этот параметр равен отрезку времени, в течение которого выходное напряжение на выходе усилителя с единичным усилением изменяется от 10 до 90% своего конечного значения при подаче на вход идеального скачка напряжения. В том случае, если АЧХ ОУ описывается однополюсной функцией частоты (т. е. характеризуется лишь одной частотой среза), то полоса единичного усиления однозначно определяется через время нарастания t_н: f_t =0,35/t_н

3. Приведите схему сумматора сигналов на основе ОУ, его расчет

Выходное напряжение будет определяться как сумма произведений входных напряжений и коэффициентов усилений, образованных сопротивлениями R1…Rn с сопротивлением Rос, а поскольку базой для построения служит инвертирующий ОУ, полученное выходное напряжение также будет противофазно сумме входных:

Пусть сумматор имеет 3 входа. Коэффициент усиления первого входа равен 3, а второго 4. Установим значения сопротивлений: кОм, . Выходные параметры: . Теоретическое выходное напряжение сумматора:

Найдем токи, протекающие через выходные сопротивления каналов:

Для определения выходного напряжения нам необходимо определить падение напряжения на сопротивлении Rос, через которое протекает ток Iос. Сам ток Iос можно определить, воспользовавшись первым законом Кирхгофа: сумма токов в узле всегда равна нулю. Складывая все токи входных сигналов находим ток Iос:

Далее находим падение напряжения на сопротивлении обратной связи:

Выходное напряжение будет меньше на падение напряжения на резисторе Rос, чем напряжение на инвертирующем входе усилителя. Поскольку на инвертирующем входе ОУ напряжение составляет 0 В, Uвых = 0 — 20 = -20 В. Это подтверждает правильность составления схемы и расчетов.