Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Фомичев Ю.М., Сергеев В.М. -- Электроника. Элементная база, аналоговые и цифровые функциональные устройства.doc
Скачиваний:
125
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
19.15 Mб
Скачать

5.4.1. Модели оу

Анализ функциональных устройств на основе ОУ можно осуществить обычными методами c использованием линейных схем замещения ОУ. На рис. 5.50, а приведена упрощенная схема замещения реального ОУ, где Iвх+ и Iвх – входные токи транзисторов, определяющие начальный режим работы ОУ, и rвх – входное сопротивление дифференциальному сигналу, есм – напряжение смещения нуля, приведенное ко входу, Кхх – коэффициент усиления дифференциального сигнала, rвых – выходное сопротивление ОУ. Во многих случаях достаточная точность анализа может быть получена с использованием идеализированной модели ОУ (рис. 5.50, б).

а б

Рис. 5.50. Упрощенная модель: а – реального ОУ; б – идеального ОУ

Идеализация заключается в принятии условия бесконечного значения усиления, когда для получения выходного напряжения требуется входной дифференциальный сигнал, стремящийся к нулю:

K , .

В свою очередь, нулевой входной сигнал означает равенство нулю входных токов, вызываемых сигналом. В результате модель идеального ОУ принимает вид – рис. 5.50, б. Рассмотрим несколько примеров использования модели идеального ОУ для анализа функциональных аналоговых устройств.

5.4.2. Масштабирующий инвертирующий усилитель

Схема инвертирующего усилителя приведена на рис. 5.51. Анализ проводится на основе I и II законов Кирхгофа:

U1 = i1R1 + U; U2 = –i2R2 + U; i1 – i2 – i = 0

или, с учетом идеальности ОУ (U = 0, i = 0),

U1=i1R1; U2= –i2R2; i1 = i2.

В результате получаем необходимое соотношение для коэффициента усиления

,

входного и выходного сопротивлений = R1 и Rвых 0.

Рис. 5.51. Схема масштабирующего инвертирующего усилителя

Очевидно, что такое же соотношение можно получить на основе анализа данного усилителя с параллельной обратной связью по напряжению. Как следует из (5.6), при устремлении глубины обратной связи к бесконечности . Коэффициентыиможно рассчитать по рис. 5.51, приравнивая поочередно напряженияU2,U1к нулю:

; ;.

5.4.3. Масштабирующий неинвертирующий усилитель

Схема неинвертирующегоусилителя приведена на рис. 5.52. В этом случае действует последовательная ООС по напряжению

 = 1, .

Составим очевидные уравнения:

U1 = U + i1R1; U2 = –i2R2 + i1R1; i2 + i i1 = 0

или, с учетом идеальности ОУ (U = 0, i = 0),

U1=i1R1; U2= –i1(R2 + R1); i1 = i2, .

При R2 = 0 получаем схему повторителя напряженияК= 1, широко применяемогодляобеспечения большого входного сопротивления (см. рис. 5.53)

.

Рис. 5.52. Масштабирующий неинвертирующий усилитель

Рис. 5.53. Повторитель напряжения

5.4.4. Суммирующий усилитель

Устройство суммирования сигналов с использованием ОУ приведено на рис. 5.54. При идеальном ОУ:

I3 = I1 + I2 + …+ In;

I1 = (U1 U0) / R1;

I2 = (U2 U0) / R2;

In= Un / Rn;

U3= –I3R3 = –.

Входное сопротивление по каждому входу равно R1, R2, Rn соответственно. Достоинство: коэффициенты R3/Rn не зависят от числа суммируемых напряжений и от нагрузки.

5.4.5. Вычитающий усилитель

Вычитание двух однополярных сигналов выполняет устройство рис. 5.55. Для этой схемы справедливо следующее уравнение:

U3= K1U1K2U2.

При U1 = 0 схема работает как инвертирующий усилитель и

K2 = – R2/R1.

При схема работает как неинвертирующий усилитель, выходной сигнал которого равени усиливается враз. С учетом этого .

Когдаодновременно действуют оба входных напряжения,

.

Входное сопротивление по входу U1 равно Rвх1 = R3 + R4, а по входу U2 равно Rвх2 = R1.