9.7. Контрольные вопросы
1.Нарисуйте схемное обозначение операционного усилителя и приведите формулу для выходного сигнала.
2.Принцип отрицательной обратной связи и выражение для выходного сигнала и коэффициента усиления операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью.
3. Дифференциальное включение ОУ.
4. Инвертирующее включение ОУ.
5. Неинвертирующее включение ОУ.
6. Схема инвертирующего сумматора на ОУ.
7. Схема инвертирующего интегратора на ОУ.
8. Схема дифференциатора на ОУ.
9. Источник напряжения, управляемый током, на ОУ.
10. Источник тока, управляемый напряжением, для заземлённой нагрузки, на ОУ.
11. Активный ФНЧ второго порядка на ОУ.
12. Схема логарифмического и экспоненциального преобразователей на ОУ.
13. Триггер Шмидта на ОУ.
14. Автоколебательный мультивибратор на ОУ.
15. Схема ждущего мультивибратора на ОУ.
Лекция 10
10.1. Изолирующие усилители
Изолирующие усилители предназначены для гальванической развязки цепей, непосредственно подключённых к источнику ( датчику) сигнала и цепей, осуществляющих его обработку и/или передачу запоминающему или индицирующему устройству. Такая изоляция нужна, например, в таких приложениях, как
медицинских приборах для защиты пациента от поражения электрическим током,
при измерениях в высоковольтных цепях,
для снижения погрешности передачи информации при значительных синфазных наводках на цепь передачи сигнала.
Для решения этих задач измерительную схему разбивают на две изолированные части. Передающая часть работает под потенциалом измерителя ( датчика), а приёмная – под нулевым потенциалом. Для реализации подобного устройства необходимо, чтобы передающая часть имела отдельный, изолированный от приёмной части, так называемый ”плавающий” источник электрической энергии.
Связь между этими частями может осуществляться посредством трансформаторов, ёмкостей или оптронов.
В качестве примера рассмотрим изолирующий усилитель с трансформаторной связью AD215, производства фирмы Analog Devises (рис.10.1).
Рис.10.1. Схема изолирующего усилителя с трансформаторной связью AD215
Здесь для передачи входного сигнала через изолирующий барьер используется балансная амплитудная модуляция несущей частоты 430 кГц. Внутренний синхронизатор управляет демодулятором и передаёт часть энергии через трансформатор T2 для питания изолированной части и управления модулятором. Встроенный изолированный выпрямитель с фильтром обеспечивают питание изолированной части схемы постоянным током силой до 10мА при напряжении ±15В.
Пульсации напряжения на выходе демодулятора подавляются ФНЧ Бесселя с полосой пропускания 150 кГц. В результате амплитуда пульсаций выходного напряжения усилителя не превышает 5мВ. Полоса пропускания схемы 0…120кГц. При ограничении полосы пропускания до 50кГц дополнительным выходным фильтром амплитуда пульсаций выходного напряжения снизится до 1,2 мВ. Нелинейность коэффициента передачи схемы при К=1 не превышает 0,015%.
10.2. Аналоговые компараторы
Компаратор – это устройство сравнения. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения величин двух аналоговых сигналов. Если обозначить входной анализируемый сигнал VIN, а опорный сигнал ( или уровень сравнения) VREF , то выходной сигнал компаратора, представляющий собой логический сигнал, VOUT будет определяться по правилу:
Выходной сигнал компаратора в большинстве случаев подаётся на входы логических устройств и поэтому согласуется по уровню и мощности с их входами.
В качестве простейшего компаратора может быть использован операционный усилитель (рис.10.2). Усилитель включён по схеме инвертирующего сумматора, однако вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD1 и диод VD2.
Рис.10.2. Схема компаратора на ОУ
Пусть R1 = R2 . Если (VIN – VREF) > 0, то диод VD2 открыт и выходное напряжение схемы равно падению напряжения на открытом диоде и не превышает 0,5…0,7 В. При (VIN – VREF) < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации VСТ. Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных схем, подключенных к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причём в обоих усилитель работает в линейном режиме.