11 UbIlRi, 1% л# uBllB/r2.

Считая входное сопротивление ОУ достаточно большим, на осно­вании закона Кирхгофа запишем

(U_BM + (и_вым = 0.

Отсюда имеем

^вых ⁼ ~ U_BTRJR^ или

Коо = и_вы^и_вв = -R₂/R_t. (4.3)

Таким образом, коэффициент передачи инвертирующего усилителя определяется отношением резисторов 7?_г и R₂. Это открывает возмож­ность создания высококачественных устройств умножения сигналов на постоянный коэффициент, параметры которых мало изменяются с те­чением времени.

Сумматор нескольких входных сигналов можно построить на основе ОУ, если к инвертирующему входу через соответствующие резисторы подключим несколько различных сигналов (рис. 4.17, б).

Напряжение на выходе ОУ равно инвертированной сумме входных напряжений, взятых с весовыми коэффициентами, определяемыми от­ношениями сопротивления резистора /?₄ к сопротивлениям соответст­вующих входных резисторов:

t/вых - (~ U_B2t RJRJ - ((/_и2 RM -(U_Bl3 RJRJ. (4.4)

Здесь также необходимо выполнять условие \!R_B = (URi) + 4- (l/R^ + (!/₽») + (V/?*).

Так как потенциал инвертирующего входа незначительно отличает­ся от нуля, то суммируемые сигналы практически не влияют друг на Друга.

Иногда для уменьшения влияния изменений дифференциального входного сопротивления ОУ R_Bl на результаты преобразования между входными зажимами усилителя подключают резистор с небольшим со-

противлением. При этом входное сопротивление ОУ уменьшается, но его значение становится стабильным и не зависит от входного сигнала.

При включении ОУ с инвертированием входного сигнала входное сопротивление преобразователя в основном определяется сопротивле­нием, подключенным к входу инвертирующего сигнала. Так, для уси­лителя, представленного на рис. 4.17, a, R_Bi « R^ Это обусловлено тем, что потенциал инвертирующего входа при любых рабочих сигна­лах близок к нулю и входной ток

I ах ~ Uid Ri'

Так как сигнал ОС снимается по напряжению, то выходное сопро­тивление мало, меньше выходного сопротивления ОУ без ОС в 1 + + Ку раз.

Иногда возникает вопрос, почему при одинаковой глубине ОС раз­личны коэффициенты усиления для схем включения с инвертированием входного сигнала и без инвертирования. В схеме с инвертированием входного сигнала резисторы Ry и R₂ образуют делитель напряжения как для сигнала ОС, так и для входного сигнала. В схеме, не инверти­рующей входной сигнал, этот делитель действует только относительно сигнала ОС. Сравнивая эти две схемы включения, можно отметить, что погрешность преобразования в схеме, не инвертирующей входной сиг­нал, выше, чем в схеме с его инвертированием. Ошибку обычно вносит синфазный входной сигнал, который всегда имеет место в схеме без ин­вертирования. Поэтому на выходе в зависимости от уровня входного сигнала появляется напряжение ошибки

1. [ri f Ri^Ri W I IC

^ВЫХ-ОШИб |^uBxl ^ II у "ОС'СФ»

которое при включении с инвертирующим входом стремится к нулю.

Вычитающее устройство на основе ОУ приведено на рис. 4.17, в. Здесь на оба входа усилителя одновременно поданы два электричес­ких сигнала.

Выходное напряжение такого ОУ определяется выражением, полу­ченным из выражений (4.3) и (4.4):

тг тг 11 / R* \ ( Ri“ЬRs \

и_ВЫ1- ^и-^ _Ri р

Преобразователь ток—напряжение. Если сопротивление 7?i (рис. 4.17, а) уменьшить до нуля (рис. 4.18, а), то входное сопротивление преобразователя /?_вх._п будет определяться включенными параллельно входным дифференциальным сопротивлением ОУ и сопротивлением R₂, уменьшенным в 1 + К раз. Это обусловлено тем, что к нему при­ложено в 1 + К раз большее напряжение, чем к входному сопротивле­нию ОУ.

Итак,

i/4._a^i/4+(i+w

Если R_BX> RJ(\ + К), то входной ток 7_ВХ полностью протекает через сопротивление R^, создавая на нем падение напряжения

Ur2 ^ 77_вых w 7_В1 R%, ₄

Таким образом, выходное напряжение пропорционально входному току, т. е. схема выполняет функции преобразователя ток — напря­жение.

Преобразователь напряжение — ток построен аналогично, только вместо сопротивления ОС включают сопротивление нагрузки (рис. 4.18, б). При таком решении необходимо, чтобы сопротивление нагрузки не было гальванически связано с землей. Ток в сопротивлении нагрузки R_H задают входным напряжением и резистором R^. I = U^JR^

Рис. 4.18. Схемы преобразователей ток — напряжение (nJ; напряжение —ток (б); напряжение—ток при использовании нагрузки с заземленным выводом (el

Если один из концов нагрузки заземлен, то может быть использо­вана схема с положительной и отрицательной обратными связями, по­казанная на рис. 4.18, в. При выполнении условия R_a/(Ri + R₆) => = R_tIR_a ток в нагрузке не зависит от сопротивления последней;

/ = -^[i+(W

Если сопротивление нагрузки близко к бесконечности, то коэффи­циенты положительной и отрицательной обратной связи равны. Это означает, что усилитель практически работает без обратной связи. Сле­дует отметить, что даже в этом наихудшем для устойчивости случае автоколебания в усилителе не возникают.

Источник постоянного стабилизированного напряжения может быть выполнен на основе ОУ (рис. 4.19, а). В нем на один вход подано напря­жение от обычного параметрического стабилизатора, собранного на кремниевом стабилитроне. При этом на выходе ОУ будет стабильное напряжение, мало зависящее от сопротивления нагрузки:

U^^-U^RzlRi.

П

(4.5)

реобразователь сопротивление — фаза, имеющий постоянный коэффициент передачи по напряжению (рис. 4.19, б), также построен на основе ОУ. Сигнал на неинвертирующем входе

fi;+li/

W

причем, как уже было показано, он практически равен сигналу на ин­вертирующем входе, т. е. t/ ви ⁼ Uвхг-

Тогда ток, протекающий через сопротивление R_u

7 U ^ВХ! ^ВХ1 ^ВЫХ откуда

^ВЫХ^2(7вх1

Учитывая (4.5), получим

fl 2^1—1 к 1+Ж /

Следовательно,

Ku = H^W^ - (1 - fvCRJHl + faCRj;

Таким образом, коэффициент передачи по напряжению не зависит от значения сопротивления R₂, а фаза выходного напряжения при изменении R₂ от нуля до бесконечности меняется в пределах 180°.

Рис. 4.19. Схема источника постоянного стабилизированного напря- жения на ОУ (а); преобразователь сопротивление — фаза (б)

Для того чтобы удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к преобразователям в измерительных цепях различного назначения, часто в составе одного преобразователя приходится использовать не­сколько ОУ.

Усилитель сигнала, поступающего от мостовой цепи, имеющей высо­кое выходное сопротивление, малый уровень выходного сигнала и уда­ленной на некоторое расстояние от измерительной цепи, приведен на рис. 4.20. Для цепей мостового типа нужен усилитель с дифференци­альным входом, высоким входным сопротивлением и большим коэффи­циентом ослабления синфазного сигнала. Так как реализовать такой усилитель на основе одного ОУ сложно, в схеме используют несколь­ко ОУ. Два входных ОУ (Д_ь и Д₂) обеспечивают высокое входное со­противление и требуемое подавление синфазного сигнала; усилитель Д₃ обеспечивает вычитание выходных сигналов Дх и Д₂. Для отдель-нях ОУ, входящих в состав усилителя, можно записать следующие уравнения:

ЭЛЕКТРОНИКА 1

ЭЛЕКТРОНИКА 3

И- 2

к_ш=и*_ш/и²_ш0> 1

После преобразований уравнений (4.6) и (4.7) имеем:

^вых1 ^i (^вх14“ ^вых2 714*1/см1)/0 4* ^i 71)» j (4.9)

^вых2 ⁼ ^»(^Bli + U ВЫХ1 ?2+ О(1+К₈?г). , (4.Ю)

где ?! = (R_t + R_ZW_X + R_t + R^ у₂ = (R_± + RJ / (R_t + ^ + 4- /? 3)

Е

Рис. 4.20. Схема измерительного уси­лителя с дифференциальным входом

сли учесть, что обычно выполняется условие 1 <с ^Y, то уравне­ния (4.9) и (4.10) существенно упростятся: ^ВХ1+£см1 I 7 г ^вых! Т1>вых2»

тг ^вхг+^омг । // ^вых2 i ^вых1«

?8

Если параметры элементов ОУ А, подобраны так, что выполняет­ся условие ад=₽_?№+ + ₽»)/((/?,+/?,)/?,) = к„

то уравнение (4.8) преобразуется к виду и ВЫХ ⁼ ^8 (^«ЫЙ ^ВЫХ1).