Повторитель напряжения на основе оу
Схема повторителя (рис. 9.4) легко
может быть получена из схемы неинвертирующего
усилителя при R1→
,R2→
0. Здесь предполагается, что операционный
усилитель работает в режиме усиления
(uдиф
0).
Используя второй закон Кирхгофа, получаемuвых
=uвх.
Рис. 9.4. Повторитель напряжения на основе ОУ
Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор)
Рассмотрим схему сумматора, приведенную на рис. 9.5.
Рис. 9.5. Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор)
Предположим, что операционный
усилитель работает в режиме усиления,
тогда uдиф
0. Учитывая, чтоi–=i+=
0, получим
.
Приuдиф
0 получимuRj
=uвхj,j
= 1,…,n;uRос
=uвых.
На основании этих выражений после
несложных преобразований получаем
.
Для уменьшения влияния входных токов ОУ в цепь неинвертирующего входа включают резистор с сопротивлением
Rэ =R1 //R2 //… //Rn //Rос .
Вычитающий усилитель (усилитель с дифференциальным входом)
В вычитающем усилителе (рис. 9.6) один входной сигнал подается на инвертирующий вход, а второй – на неинвертирующий.
Рис. 9.6. Вычислительный усилитель с дифференциальным входом
Предположим, что ОУ работает в линейном режиме. Тогда все устройство можно считать линейным и для анализа принцип суперпозиции (наложения).
Если uвх2 = 0, тогда соответствующее выходное напряжениеu'выхбудет определяться выражением, соответствующим инвертирующему усилителю:
.
Если uвх1 = 0, определим напряжение на выходеu''вых. Для оценки воздействия напряженияuвх2целесообразно на основе теоремы об эквивалентном генераторе преобразование цепи, подключенной к неинвертирующему входу (рис. 9.7).
Как следует из теоремы,
,
.
Рис. 9.7
В соответствии с принципом суперпозиции, общее напряжение на выходе uвых определяется из выражения
,
при R1=R2=R3=R4
.
Схемы с диодами и стабилитронами на основе оу
Рассматриваемые схемы являются нелинейными, так как содержат нелинейные элементы – диоды и стабилитроны. Однако такие схемы часто рассматривают как линейные, считая диоды и стабилитроны идеальными и заменяя открытые диоды и стабилитроны закоротками, запертые диоды и стабилитроны – разрывами, а стабилитроны, работающие в режиме пробоя, - источниками напряжения.
При использовании подобных способов линеаризации нелинейных схем основная проблема состоит в том, чтобы определить, в каком режиме работает каждый нелинейный элемент.
Для примера выполним анализ схемы на рис. 9.8, предполагая, что диоды – идеальные. Пусть вначале uвх = 1В. Если диодD1 открыт (заменяем его закороткой), а диодD2 – закрыт (заменим его разрывом), то получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 9.9.
Рис. 9.8. Схема усилителя на ОУ с диодами
Рис. 9.9. Эквивалентная схема усилителя на ОУ
Из схемы на рис. 9.9 следует, что
.
Проверим правильность сделанного предположения, для чего определим ток iD1 диодаD1 и напряжениеuD2диодаD2. Используя допущение о том, чтоuдиф = 0, получаемuD2 = –2ВиiD1 = 0,2мА. Так как напряжение на диодеD2 отрицательное, а ток через диодD1 положителен, можно утверждать, что предположение было правильным.
Пусть теперь uвх = –1В. Предположим, что диодD1 закрыт, а диодD2 открыт. Тогда получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 9.10, из которой получаем
.
Рис. 9.10. Эквивалентная схема усилителя с обратной связью
Для проверки правильности сделанного предположения определим iD2:
.
Очевидно, что uD1 = 0. Полученные результаты позволяют утверждать, что предположение было правильным.