- •2.1. Общие принципы конструктивного исполнения реле
- •2.2. Электромеханические реле
- •2.3. Конструкции реле, выполняемых на электромагнитном принципе
- •2.4. Промежуточные реле (логические элементы)
- •2.5. Указательные реле
- •2.6. Реле времени
- •2.7. Поляризованные реле
- •2.8. Индукционные реле
- •2.9. Реле тока на индукционном принципе
- •2.10. Индукционные реле тока серий рао и рт-90
- •2.11. Индукционные реле направления мощности
- •2.12. Магнитоэлектрические реле
- •2.13. Измерительные органы на полупроводниковой элементной базе
- •2.14. Типовьп функциональные элемгенты полупроводниковых ио
- •2.15. Аналоговые микросхемы, используемые для построения функциональных элементов ио
- •2.16. Основные схемы включения операционных усилителей, используемые в устройствах рз
- •2.17. Простейшие функциональные элементы, выполняемые на оу
- •2.18. Схемы сравнения двух электрических величин
- •2.19. Измерительные органы тока и напряжения на имс
- •2.20. Измерительные органы (реле) с двумя, входными величинами на интегральных микросхема.
- •2.21. Элементы логической и исполнительной частей устройств рз
- •2.22. Органы логики на имс
2.16. Основные схемы включения операционных усилителей, используемые в устройствах рз
Инвертирующий операционный усилитель выполняется на ОУ с параллельной отрицательной ОС (ООС) по напряжению (рис. 2.45, а). Неинвертирующий вход Н соединен с общей (нулевой) шинкой непосредственно или через резистор, поэтомуUH= 0. Входной сигналUBX1, подается через резисторR1 на И-вход ОУ. На этот же вход по цепи ОС через резисторROC поступает напряжение с выхода ОУ:UOC = –KOCUВЫХ. КоэффициентKOC показывает, какая часть выходного напряжения передается на вход усилителя:KOC =R1/(R1+ROC).
Определим основной параметр усилителя: КуИ =UBЫX/UBX1. Полагая, что ОУ имеет идеальные параметры (КуОУ= ∞,ZвхОУ= ∞), принимаем напряжение между входными зажимами ОУUBX.Д=UH–И=UH –UИ=0. Отсюда следует, чтоUИ=UH, а так какUН=0, то потенциал И-входа (UИ) инвертирующего усилителя будет равен нулю.
Определим входной ток I1, и ток ОСIOC(рис. 2.45, а). При подаче на вход 1 сигналаUBX1положительного знака
(2.27)
(2.28)
Поскольку у идеального ОУ IBX= 0, тоIOC=I1(I1– входной ток схемы). Подставив значения токов из (2.27) и (2.28), получим:UBX1/R1= –UBЫX/ROC. Отсюда находим
КуИ = –UBЫX/UBX1= –ROC/R1. (2.29)
Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется только отношением сопротивлений иепи ОС (ROC) и входного сопротивления схемы (R1) и является поэтому стабильной величиной, не зависящей от параметров транзисторов и других элементов, входящих в ОУ (изме- няющихся под влиянием температуры и других факторов).
Линейная часть проходной характеристики 1 инвертирующего усилителя (участок АВ на рис. 2.45, в), гдеUBЫX= –КуИUBX1, идет ниже линейной части 2 характеристики ОУ, поскольку КуИ<<КуОУи имеет больший линейный участок. Изменяя соотношениеROC иR1, можно изменять значение КуИ и проходную характеристику.
При ROC=R1/ КуИ= 1 инвертирующий ОУ превращается в повторительUBX1изменением его знака:UBЫX= –UВХ1.
Входное сопротивление схемы инвертирующего ОУ RBX=UBX1/IBX; с учетом того, что потенциалUИ= 0,UBX=UBX1,
а входной ток IBX=I1, поэтомуRBX =UBX1/I1=R1, как правило, оно значительно меньшеRвхОУ.
Приближенно выходное сопротивление схемы определяется по формуле [34]:
(2.30)
Поскольку КуОУвелико,RвхИимеет малое значение (50 – 100 Ом).
Инвертирующий усилитель может служить для преобразования входных напряжений как постоянного, так и переменного тока и широко используется для выполнения различных функциональных схем, рассматриваемых ниже. Инвертирующий усилитель используется как масштабный усилитель с инвертированием входного сигнала.
При анализе любых схем, построенных на инвертирующем ОУ, следует учитывать, что потенциал И-входа равен нулю (поскольку UH–И= 0).
Неинвертирующий операционный усилительвыполняется по схеме с ООС по напряжению (рис. 2.46). Входной сигналUBX подается на Н-вход операционного усилителя. Напряжение ОСUОС снимается с делителя напряжения, образованного резисторамиR1–RОС и заводится на И-вход. Поскольку напряжение между входами ОУ Н и И равно разности их потенциалов, то под действием ОС на входе усилителя появится результирующее дифференциальное напряжениеUBX.Д=UH –UИ=UВХ –UОС.
В этой схеме ОС действует как ООС, противодействуя UВХ. ЗначениеUОСможно определить как падение напряжения от токаI1=UBЫX/(R1+ROC) в резистореR1, т. е.UОС=UBЫX×=KOCUВЫХ.
Из схемы рис. 2.46 видно, что
UВЫХ = I1R1 + IOCROC. (2.31)
Полагая, что ОУ идеален, считаем, что IвхОУ= 0 и, следовательно,IOC.ОУ=I1. При этом, как следует из схемы включения (рис. 2.46),I1=UBX/R1, поэтомуIOC=I1=UBX/R1.
Подставив значения I1иIOCв (2.31), получим
(2.32)
Из (2.32) следует, что коэффициент усиления неинвертирующего усилителя
(2.33)
Как и в предыдущей схеме, коэффициент усиления неинвертирующего ОУ КуНне зависит от изменения параметров элементов, входящих в ОУ, и является стабильной величиной.
Проходная характеристика неинвертирующего усилителя приведена на рис. 2,47. Она располагается в IиIIIквадрантах комплексной плоскости, так как знакиUBЫX иUBXсовпадают. Наклон линейной части характеристики определяется значением КуН: чем меньше КуН, тем больше линейная часть и диапазонUBX, при котором схема работает как линейный усилитель.
Особенностью неинвертирующего усилителя является очень большое входное сопротивление RBX (до сотен мегаом). Выходное сопротивлениеRВЫХ = 50+ 100 Ом.
Неинвертирующий усилитель используется как базовый элемент для выполнения ряда функциональных узлов в схемах измерительных органов.
Дифференциальный усилитель.Схема усилителя (рис. 2.48) выполняется на ОУ с ООС. Она действует на оба его входа (И и Н), куда приходят также два входных сигнала (UBX1иUBX2). Такой усилитель используется для вычитания одного входного сигнала из другого (например,UBX1–UBX2):
UвыхДУ= КДУ(UBX2–UBX1) (2.34)
Эту схему можно рассматривать как инвертирующий и неинвертирующий усилители, выполненные на одном ОУ.
Действительно, на И-вход ОУ так же, как и у инвертирующего усилителя (рис. 2.48), через резистор R1 подается входной сигналUBX1а через резисторROC– цепь ООС, в то же время на Н-вход, по аналогии с неинвертирующим усилителем (см. рис. 2.46), подается входное напряжениеUBX2и ООС, приходящая с И-входа. В отличие от схемы на рис. 2.46, напряжениеUBX2снимается и заводится на Н-вход с резистораRЗ делителя напряжения резисторовR2 иR3, т. е.
(2.35)
Учитывая, что при наличии ООС ОУ работает в линейной части, пользуясь методом наложения, находим выходное напряжение рассматриваемой схемы как алгебраическую сумму (с учетом знаков) двух выходных напряжений. Одного, получаемого в результате усиления UBX1с коэффициентом КуИ =ROC/R1 приUBX1= 0, и второго, в результате усиленияUBX2, поступающего на Н-вход (2.35), с коэффициентомприUBX1= 0. В соответствиии с этим получим
(2.36)
Чтобы рассматриваемая схема работала как вычитатель, коэффициенты усиления при UBX2иUBX1должны быть равны. Для выполнения этого условия сопротивления резисторов в (2.36) выбираются исходя из следующих соотношений:
R2 = R1; R3 = ROC. (2.37)
Приняв сопротивления резисторов в выражении (2.36) по (2.37), получим
(2.38)
Здесь ROC/R1, является коэффициентом преобразования (усиления)UBX2 иUBX1. Рассмотренная схема работает как вычитатель.