АНАЛ.ЭЛЕКТРОНИКА / theory

ют ОУ, имеющий идеальные параметры: KU , RВХ , МСФ бесконечно велики, а RВЫХ , I ВХ , UСМ равны нулю. В повторителе напряжения идеализация ОУ упрощает анализ:

KU . U Д U ВХ U ВЫХ 0. U ВЫХ U ВХ . K 1.

Реальный конечный коэффициент KU приводит к отклонению K от единицы с погрешностью 1/ KU , например:

KU 10000, K 0,9999, погрешность 1/ KU =0,0001.

7.2.Неинвертирующий усилитель

Внеинвертирующем усилителе применена последовательная отрицательная ОС по напряжению. Для получения усиления K>1 цепь ОС делают ослабляющей – В<1. В неинвертирующем усилителе выходное напряжение подается на вход через делитель напряжения на резисторах

R1 , R2 :

Рис. 7.2. Неинвертирующий усилитель

Цепь ОС имеет коэффициент передачи

160

В неинвертирующем усилителе отношение резисторов цепи ОС выбирают исходя из заданного усиления:

R2 / R1 K 1.

Абсолютные значения сопротивлений R1 и R2 снизу ограничены минимальным сопротивлением нагрузки ОУ: R1 + R2 >> RНMIN . Верхнее значение сопротивлений цепи ОС обычно ограничено величиной допустимой токовой ошибки на входе ОУ из− за входного тока или разности входных токов при симметрировании. Для ОУ широкого

применения с RНMIN =2кОм и токами десятки наноампер сопротивления R1, R2 составляют десятки – сотни кОм и могут быть увеличены до единиц – десятков МОм для ОУ с полевыми транзисторами на входе.

При известных (справочных) значения сопротивлений ОУ RВХ и

При усилении постоянных напряжений необходимо учитывать остаточное напряжение U0 на входе ОУ, обусловленное UСМ и IВХ . Для

161

Так как знаки UСМ и IВХ не определены, то для оценки предельного значения U0 влияющие величины суммируют по модулю:

Чтобы определить выходное напряжение ошибки по постоянному току U0ВЫХ, найдем коэффициент усиления схемы с ОС по ошибке U0.

Для упрощения анализа положим U ВХ =0 и воспользуемся схемой входной цепи неинвертирующего усилителя с учетом внутреннего источника U0:

Рис. 7.3. Определение U0ВЫХ в схеме с обратной связью.

Полагая KU , получим U Д U 0 U 0С 0,

относительно UД при последовательной ОС и при параллельной, так как при UВХ =0 резистор R1 заземлен).

Следовательно, независимо от типа ОС по входу коэффициент усиления по ошибке равен коэффициенту усиления сигнала неинвертирующим усилителем K0Ш 1 R2 / R1 1 R0С / RВХ .

162

С учетом параметров ОУ

KU –коэффициенит усиления , f1−частота единичного усиления

fГР= f1 / KU –граничная или верхняя частота по уровню 1/√2 верх-

7.3.Инвертирующий усилитель

Винвертирующем усилителе применена параллельная отрицательная ОС по напряжению. Напряжения UВХ и UВЫХ подаются на «− » − вход ОУ соответственно через резисторы R1 и R2 , а «+» − вход зазем-

лен. Схема суммирования UВХ и UОС − параллельный сумматор.

Рис. 7.4. Инвертирующий усилитель

Цепь ОС как и для неинвертирующего усилителя имеет коэффициент передачи

163

Выделим коэффициент ослабления входного напряжения U ВХ

Последняя формула соответствует блок− схеме на рис. 7.5.

В диапазоне частот, когда BKU 1, коэффициент передачи инвертирующего усилителя

164

Рис. 7.5. Блок− схема инвертирующего усилителя

вход ОУ называют виртуальным (кажущимся) нулем. Например, при UВЫХ =10 В и KU 50000 UД =0,2 мВ. Инвертирующий усилитель называют схемой со сложением токов, так как в точке суммирования на «− » − входе ОУ происходит сравнение и выравнивание по модулю под дей-

165

8. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

8.1. Инвертирующий сумматор

Суммирование сигналов, наряду с их усилением,– одна из распространенных операций.

Схема инвертирующего сумматора показана на рис. 8.1. Инвертирующий усилитель содержит m входов по числу сигналов.

Рис. 8.1. Инвертирующий сумматор

Уравнение для токов инвертирующего входа ОУ

Достоинство схемы– простота, независимая регулировка коэффициентов суммирования по каждому входу.

166

8.2. Схема вычитания

Вычитание обеспечивается подачей сигналов на различные входы ОУ.

nR

DA1

R

U1

Uвых

R

U2

nR

Рис. 8.2 Схема вычитания

Определим выходное напряжение методом наложения

Достоинство схемы – простота. Недостаток – неравенство входных сопротивлений для сигналов, что недопустимо при снятии сигналов с различных датчиков и преобразователей с большими внутренними сопротивлениями.

8.3.Схемы вычитания на двух ОУ

Всхеме вычитания на инвертирующих усилителях применен инвертирующий усилитель одного из сигналов и инвертирующий сумматор – рис.8.3.

167

Рис. 8.3. Схема вычитания на инвертирующих усилителях

Большими входными сопротивлениями обладает схема вычитания на неинвертирующих усилителях

Рис. 8.4. Схема вычитания на неинвертирующих усилителях

Входные сопротивления ограничены синфазными сопротивлениями ОУ.

8.4. Интегратор

Схема интегратора приведена на рис.8.5.

Потенциал инвертирующего входа ОУ равен нулю, т.к. неинвертирующий вход заземлён, поэтому входной ток

168

Рис.8.5. Интегратор

С учетом равенства ic= iR, напряжение на конденсаторе и выходе интегратора

Зависимость выходного сигнала интегратора от времени при прямоуголном входном сигнале приведена на рис.2.

Рис. 8.6. Реакция интегратора на прямоугольный импульс

В случае гармонического сигнала UВХ(t)=Umcos(ωt)