9.2.3 Неинвертирующее включение
При неинвертирующем включении входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий вход через делитель на резисторах R1 и R2 поступает сигнал с выхода усилителя (рис.9.5).
Рис.9.5. Неинвертирующее включение ОУ
Коэффициент усиления схемы
K = VOUT/V1 = 1 + R2/R1
При неинвертирующем включении ОУ выходной сигнал синфазен входному и коэффициент усиления по напряжению не может быть меньше единицы. В предельном случае, если выход ОУ накоротко соединен с инвертирующим входом, этот коэффициент равен единице. Такие схемы называют неинвертирующими повторителями и изготавливают серийно в виде отдельных ИМС по несколько усилителей в одном корпусе. Входное сопротивление этой схемы в идеале бесконечно. У повторителя на реальном операционном усилителе это сопротивление конечно, хотя и весьма велико.
9.3 Функциональные устройства на операционных усилителях
9.3.1 Схема масштабирования
Для пропорционального изменения сигнала, или масштабирования, или, что то же самое, умножения на постоянный коэффициент, могут быть применены ОУ как в инвертирующем ( рис.7.4), так и в неинвертирующем включении (рис.7.5). Инвертирующее включение предпочтительнее по следующим причинам:
простая реализация коэффициентов передачи как больше, так и меньше единицы,
отсутствует синфазный сигнал,
легко обеспечить защиту входов ОУ от перегрузки,
операция масштабирования может быть совмещена с операцией суммирования.
9.3.2 Схема суммирования
Для суммирования нескольких напряжений можно применить ОУв инвертирующем включении. Входные напряжения через добавочные резисторы подаются на инвертирующий вход усилителя (рис.9.6).
Рис.9.6. Схема инвертирующего сумматора
Выходное напряжение схемы:
VOUT/RΣ = - ( V1/R1 + V2/R2 + … + Vn/Rn )
Следует иметь в виду, что в многовходовых сумматорах имеет место сужение полосы пропускания схемы в связи с уменьшением петлевого усиления за счёт параллельного включения входных сопротивлений каналов. При этом коэффициенты масштабирования ( передачи) по всем входам задаются независимо друг от друга. Так, в случае равномасштабного суммирования n входных сигналов в схеме сумматора на полностью скорректированном ОУ полоса пропускания сузится в n раз по сравнению с обычным одновходовым инвертором с тем же коэффициентом передачи.
9.3.3 Схема интегрирования
Для реализации операций интегрирования используют инвертирующее включение ОУ (рис.9.7).
Рис.9.7. Схема инвертирующего интегратора
Выходное напряжение схемы определяется выражением :
Постоянный член VOUT(t) определяет начальное условие интегрирования. С помощью схемы включения, приведенной на рис.9.8. можно реализовать необходимые начальные условия.
Рис.9.8. Интегратор с цепью задания начальных условий
Когда ключ S1 замкнут, а S2 разомкнут, эта схема работает так же, как цепь, изображённая на рис.9.7. Если же ключ S1 разомкнуть, то зарядный ток при идеальном ОУ будет равен нулю, а выходное напряжение сохранит значение, соответствующее моменту включения. Для задания начальных условий следует при разомкнутом ключе S1 замкнуть ключ S2. В этом режиме схема моделирует инерционное звено первого порядка и после окончания переходного процесса, длительность которого определяется постоянной времени R3C , на выходе интегратора установится напряжение
VOUT = - (R3/R2)V2 (9.1)
После замыкания ключа S1 и размыкания ключа S2 интегратор начинает интегрировать напряжение V1 , начиная со значения (9.1).
Подобные интеграторы выпускаются промышленностью. Так, например, фирма Burr-Broun выпускает микросхему ASF2101 двухканального интегратора, содержащую два ОУ с входными токами
0,1 пА, ключи сброса и хранения и два интегрирующих конденсатора по 100пФ.