Контрольные вопросы
1. Назовите основные характеристики идеального ОУ.
2. Укажите область применения повторителя напряжения.
3. Напишите выражение для выходного напряжения сумматора. Как влияют погрешности используемых резисторов на результат?
4. Чем определяется входное сопротивление сумматора по i-тому входу?
Лабораторная работа №3 Исследование электронных схем на оу Краткая теория
Свойства операционных усилителей ОУ значительно упростили разработку электронных схем. Изучению некоторых из них и посвящена данная лабораторная работа.
Интеграторы
Схема интегратора приведена на рис. 3.1, а. Здесь входное напряжение подается на инвертирующий вход ОУ через резистор, а в цепи обратной связи включен конденсатор. Так как неинвертирующий вход ОУ соединен с «землей» (U+=0), то и на инвертирующем входе будет нулевое напряжение (U– =0) Учитывая, что входной ток ОУ равен нулю, можно записать для входа «–»
Iвх = I0 или Uвх / R = – C(dUвых / dt).
Рис. 3.1. Работа интегратора:
а – принципиальная электрическая схема;
б – временная диаграмма
Из последнего выражения получим
U вых = – 1 / (RC) ∫ Uвх dt + U0, (3.1)
т.е. выходное напряжение представляет собой интеграл (с обратным знаком) от входного напряжения в интервале от нуля до t, умноженный на масштабный коэффициент 1/RC. U0 в формуле (3.1) называют напряжением начальных условий – это напряжение, до которого мог быть заряжен конденсатор до начала интегрирования. На рис. 3.1, б показан выходной сигнал интегратора в функции времени при ступенчато изменяющемся входном напряжении и при нулевом напряжении на конденсаторе в начальном состоянии. Скорость изменения Uвых можно выразить в виде
ΔUвых / ΔT = – Uвх / (RC). (3.2)
Обратите внимание на то, что выходное напряжение не возвращается к нулю, если напряжение на входе становится равным нулю; выход просто перестает изменяться. Выходное напряжение интегратора пропорционально площади, ограниченной кривой входного сигнала от t = t1 до момента времени t = t2.
В работе интегратора разделяются циклы: установка начальных условий, т.е. предварительная зарядка С до нужного напряжения; цикл интегрирования и цикл хранения полученного состояния.
Рис. 3.2. Практическая схема интегратора (а) и циклы его работы (б)
На рис. 3.2, а показана практическая принципиальная схема интегратора. В цикле установки в начальное (исходное) состояние ключ N замкнут на суммирующую точку ОУ, а ключ I разомкнут, т.е. подсоединен к земле. Схема в установившемся режиме работает как инвертирующий усилитель, который заряжает конденсатор С до напряжения U0, равного взятому с обратным знаком опорному напряжению Uоп. Поскольку сопротивления всех резисторов одинаковы R=R1=R2, то коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен –1, выходное напряжение Uвых= –Uоп, и в начальном состоянии конденсатор заряжен до напряжения Uоп (рис. 3.2, б). В цикле интегрирования ключ N разомкнут, т.е. подсоединен к земле, а ключ I замкнут – подсоединен к суммирующей точке ОУ. Поскольку Uвх= const, выходное напряжение меняется по линейному закону. В цикле хранения оба ключа подсоединены к земле, и выходное напряжение Uвых поддерживается на постоянном уровне для считывания или последующей обработки.