Повторитель напряжения

В некоторых случаях не столь важным является усиление по напряжению, как способность усилителя согласовывать высокое внутреннее сопротивление источника сигналов с низким и, возможно, изменяющимся сопротивлением нагрузки. Для этих целей используется повторитель напряжения (рис. 6).

Рис.6. Повторитель напряжения.

Это по существу неинвертирующий усилитель, в котором R₁ заменено бесконечным сопротивлением, R₂ – нулевым сопротивлением. Очевидно, что коэффициент передачи такой схемы равен 1, входное сопротивление велико, а выходное мало.

Генераторы сигналов на оу

Генераторами называются электронные схемы, формирующие переменное напряжение требуемой формы. С помощью схем с ОУ можно получать сигналы прямоугольной, треугольной, пилообразной и синусоидальной формы.

Рассмотрим условия, при которых будет происходить генерация на какой-либо определенной частоте – условия возбуждения. На Рис 7. изображена блок-схема генератора. ОУ усиливает входной сигнал в раз. При этом между входными выходнымнапряжениями усилителя возникает паразитный фазовый сдвигφ₁. К выходу усилителя подключена схема частотно-зависимой обратной связи, которая может представлять собой, например, колебательный контур.

Рис. 7. Блок-схема генератора.

По определению, коэффициент передачи обратной связи равен . Обозначим фазовый сдвиг между напряжениямиикакφ₂. Условием генерации замкнутой системы является равенство выходного напряжения схемы обратной связи и входного напряжения усилителя. Это условие можно записать следующим образом:

.

Отсюда

.

Из этого соотношения следуют два условия для амплитуд и фаз комплексных величин:

– условие баланса амплитуд и

(гдеk – целое число) – условие баланса фаз.

Условие баланса амплитуд заключается в том, что схема генератора может возбуждаться только тогда, когда усилитель компенсирует потери в схеме обратной связи. Условие баланса фаз означает, что колебания в замкнутой системе могут возбуждаться только тогда, когда фаза выходного напряжения схемы обратной связи и фаза входного напряжения усилителя совпадают.

Генератор гармонических сигналов (с мостом Вина)

В этой схеме в цепь положительной обратной связи включена цепочка Вина (рис. 8).

Рис.8. Цепочка Вина.

Цепочка Вина является избирательным фильтром второго порядка с коэффициентом передачи:

. (2)

Отсюда модуль коэффициента передачи будет

(3)

и сдвиг фаз

. (4)

Из этих выражений видно, что максимальный коэффициент передачи цепочки Вина равен 1/3 на частоте , а сдвиг фаз на этой частоте равен нулю. АЧХ и ФЧХ симметричной цепочки Вина показаны на рис. 9 (для значенийR=10³/2π Ом и C=10^-6 Ф).

Рис.9. АЧХ и ФЧХ симметричной цепочки Вина.

Для устойчивой генерации монохроматического колебания необходимо выполнить условия баланса амплитуд и фаз. Так как коэффициент передачи цепочки Вина на частоте резонанса составляет 1/3 при нулевом сдвиге фаз, то коэффициент усиления схемы включения ОУ должен быть равен 3. На рис. 9 показано включение входов ОУ в диагональ моста Вина. Делитель напряжения, включенный в инвертирующую обратную цепь, обеспечивает коэффициент усиления схемы включения ОУ равный 3. Переменный резистор R₇ включен для регулировки, т.к. для устойчивой генерации необходимо точно выполнить приведенные выше условия, на практике же сопротивления и емкости имеют некоторое отклонение от номиналов.

Если коэффициент усиления схемы включения ОУ будет больше трех, то сигнал будет ограничиваться и иметь трапециевидную форму. Если же коэффициент усиления будет меньше трех, то колебания постепенно погаснут.

Рис.10. Схема генератора с мостом Вина.

Рассмотрим результаты работы модели этого генератора (Рис 11.). Схема модели отличается от схемы, изображенной на Рис. 10. только отсутствием резистора R₇, который не нужен при моделировании.

Рис. 11. Модель генератора с мостом Вина в SPS.

Для возникновения генерации, в качестве начальных условий выбрано начальное напряжение на конденсаторе параллельной CR цепочки, равное 1 В. Значения параметров выбраны так, чтобы частота генерации была 1 кГц (R=10³/2π Ом и C=10^-6 Ф). Полученный сигнал приведен на Рис. 12.

Рис. 12. Генерируемый сигнал при K₀ = 3.

Амплитуда сигнала определяется начальным значением на конденсаторе, но не выходит за пределы напряжения насыщения ОУ. На Рис. 13 представлен случай, когда начальное значение напряжения на конденсаторе равно 20В.

Рис. 13. Генерируемый сигнал при большом начальном значении напряжения на конденсаторе и К₀=3.5.