8.3. Операционный суммирующий усилитель

8.3.1. Общие сведения

Суммирующий усилитель складывает любое требуемое число напряжений в аналоговой форме, учитывая их знаки.

В принципе, суммирующие усилители можно строить на резисторах. Один недостаток такого подхода, однако, состоит в том, что входные резисторы гальванически не развязаны друг с другом.

Рис. 8.3.1.

Принципиальная схема инвертирующего сумматора показана на рис. 8.3.1. Если входное напряжение подано только на первый вход , мы имеем инвертор с коэффициентом усиления

 = - R_ОС / R_ВХ1 = U_ВЫХ / U_ВХ и U_ВЫХ = .

Важно отметить, что наличие других входов не влияет на коэффициент усиления по любому входу, т.к. точка 0 имеет потенциал земли (разность потенциалов между входами операционного усилителя всегда равна нулю). Например, если на все входы поданы напряжения, то в каждом входном резисторе возникает ток I_n = U_ВХn / R, а через резистор обратной связи протекает сумма токов, т.к. входной ток операционного усилителя всегда остается равным нулю:

В результате выходное напряжение усилителя

При R_ОС = R:

8.3.2. Экспериментальная часть Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь, показанную на рис. 8.3.2, и установите входное напряжение U_ВХ2 = 2 В. Изменяйте входное напряжение U_ВХ1 согласно таблице 8.3.1, измеряя соответствующие значения выходного напряжения U_ВЫХ мультиметром. Повторите измерения для входного напряжения U_ВХ2 = - 2 В.

Рис. 8.3.2.

R_ВХ1 = R_ВХ2 = 1 кОм Таблица 8.3.1

UВХ1, В	0	2	4	6	8	10
UВХ1, В при UВХ2 = 2 В
UВХ1, В при UВХ2 = -2 В

• Результаты измерений занесите в таблицу 8.3.1. На графике (рис. 8.3.3) постройте зависимость выходного напряжения U_ВЫХ от входного U_ВХ1.

Рис. 8.3.3.

• Повторите все измерения для R_ВХ1 = R_ВХ2 =4,7 кОм, занесите результаты измерений в таблицу 8.3.2 и постройте зависимости на графике (рис. 8.3.4).

R_ВХ1 = R_ВХ2 = 4,7 кОм Таблица 8.3.2

UВХ1, В	0	2	4	6	8	10
UВХ1, В при UВХ2 = 2 В
UВХ1, В при UВХ2 = -2 В

Рис. 8.3.4.

8.4. Операционный дифференциальный усилитель

8.4.1. Общие сведения

Дифференциальный усилитель (рис. 8.4.1) представляет собой элемент вычитания с усилением. Оба входных напряжения усиливаются с одним и тем же коэффициентом усиления. Ослабление синфазного сигнала удовлетворительно, только когда коэффициенты усиления по обоим входам одинаковы, т.е. R_ВХ1 = R_ВХ2 = R_ВХ и R_ОС1 = R_ОС2 = R_ОС .

Рис. 8.4.1.

Тогда

U_ВЫХ = (U_ВХ2 - U_ВХ1) R_ОС / R_ВХ.

Ослабление синфазного сигнала ухудшается при увеличении коэффициента усиления R_ОС / R_ВХ.

Операционные дифференциальные усилители применяются, например, как измерительные усилители.

8.4.2. Экспериментальная часть Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь, схема которой приведена на рис. 8.4.2. С помощью потенциометра R₇ установите входные напряжения U_ВХ1 и U_ВХ2 согласно таблице 8.4.1 и измерьте соответствующие значения выходного напряжения U_ВЫХ. Занесите их в таблицу и постройте на графике (рис. 8.4.3) зависимость выходного напряжения от входных напряжений U_ВХ1 и U_ВХ2.

Рис. 8.4.2.

Таблица 8.4.1

UВХ1=UВХ2, В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
UВЫХ, В

Рис. 8.4.3.

Рис. 8.4.4.

• Затем соберите цепь по рис. 8.4.4. Измерьте значения выходного напряжения U_ВЫХ при различных входных напряжениях U_ВХ1 и U_ВХ2, приведенных в таблице 8.4.2. Занесите результаты измерений в таблицу и на графике (рис. 8.4.5) постройте зависимость выходного напряжения U_ВЫХ от входных напряжений U_ВХ1 и U_ВХ2.

Таблица 8.4.2

UВХ1, В	-6	-4	-2	0	+2	+4	+6
UВЫХ, В при UВХ2= -4 В
UВЫХ, В при UВХ2= 0 В
UВЫХ, В при UВХ2= 4 В

Рис. 8.4.5.