2.5.4. Практическое применение операционных усилителей в аналоговых устройствах иит Неинвертирующий усилитель

а) Определить коэффициент усиления неинвертирующего ОУ, если R1=10кОм, Rос=190кОм.

б) Определить R1неинвертирующего ОУ если Rос =100кОм, U_вых = 11В, U_вх = 1В.

Решение:

K_oc = U_вых/U_вх = (R_oc/R1)+1;

R1 = Roc/(Koc-1) = 100/(11-1) =10.

Инвертирующий оу

а) Определить К_ос инвертирующего ОУ, если R1= 20кОм и R_ос = 400 кОм.

Кос = Rос/R1= -400 кОм / 20 кОм = -20.

Знак минус означает инвертирование выходного сигнала

б) Определить Кос и R1 инвертирующего ОУ, если Rос =150кОм, U_вх =1В, а входной ток ОУ I_вх = 0,1мА.

R_вх инвертирующего ОУ очень велико, поэтому R_вх ≈ ∞ и входной ток ОУ

Минус указывает только на инвертирование выходного сигнала

ОУ с дифференциальным входом

В ОУ с дифференциальным входом даны:

U1 = 0,1В, U2 = -0,2В, R_ос = 100 кОм, R1= R2 = 20 кОм.

Найти: U_вых=?

Решение:

ОУ с дифференциальным выходом

В ОУ с дифференциальным выходом даны:

U1 = 0,4 В, U2 = -0,2 В, R_ос = 200 кОм, R1 = R2 = 10 кОм.

Найти: U_а=? U_в=? U_вых=? К_ос=?

Решение:

Такой ДУ (ОУ) – двойной инвертор. У него дифференциальные вход и выход. При равенстве R1=R2 и находим напряжения на каждом из входов относительно корпуса и выходное напряжение:

Инвертирующий сумматор

Назначение. Формируется алгебраическая сумма двух напряжений с изменением знака на обратный.

А. сумматор без масштабных коэффициентов

В этой схеме:

Дано: а) U1=3В; U2=-4В; б) U1=3В; U2=2В.

Найти: U_вых1, U_вых2.

Суммирование с масштабными коэффициентами

В этой схеме масштабные коэффициенты для соответствующего входа задаются соответствующим R_ос/R_n.

Дано: R_ос = 200 кОм.

Найти: R1, R2, R3 такие, чтобы:

Примечание: Если в этой схеме R1=R2=R3=…..=R_n, R_oc=R1/n, то получим схему усреднения:

U_{вых ср}=-(U1+U2+ ….. +Un)/n;

Схема сложения – вычитания

Эта схема – обобщает схемы ОУ с дифференциальным входом

Основные условия её правильной работы: Сумма коэффициентов усиления инвертирующих входов.

Схема и выходное напряжение ОУ:

3. Дискретные (импульсные) устройства

3.1. Основные параметры импульсных сигналов

По сравнению с аналоговым режимом непрерывной работы усилительных приборов (УП) в импульсном режиме на них воздействуют дискретные (импульсные) сигналы, характеризуемые малым интервалом времени по сравнению с временем установившегося процесса. Иначе, длительность такого воздействия соизмерима с длительностью переходных процессов.

Современная аппаратура в основном функционирует на базе цифровой интегральной микроэлектроники, то есть в импульсном режиме.

В радиоэлектронике различают два основных вида импульсов: видеоимпульсы (ВИ) и радиоимпульсы (РИ) – рис. 99, 100. Видеоимпульсом называется кратковременное изменение напряжения (тока) в цепи постоянного тока, имеющее постоянную составляющую (среднее значение) отличное от нуля и не содержащее высокочастотных колебаний (ВЧ).

Существуют ВИ различной геометрической формы: прямоугольной, трапецеидальной, треугольной, пилообразной, экспоненциальной, колокообразной и т. д., в основном используются однополярные ВИ, реже разнополярные.

В отличие от ВИ радиоимпульсом называется ВЧ синусоидальный прерывистый сигнал с амплитудой и длительностью, зависящей от параметров модулирующего сигнала и огибающей, имеющей форму ВИ.

Математическая модель РИ записывается функцией от времени:

,

где – видеоимпульс, являющийся огибающей радиоимпульса, а функция – его заполнением.

Излучаться и распространяться могут лишь радиоимпульсы электромагнитной энергии, при этом частота заполнения в РИ называется несущей.

Для количественной оценки формы импульса и его энергетических показателей вводят следующие основные параметры:

1. Амплитуда импульса – максимальное значение ВИ данной формы;

2. Длительность импульса t_и – промежуток времени между возникновением и исчезновением импульса, измеряемый либо по длительности основания, либо на уровне либо на уровне (активная длительность). Диапазон длительностей ВИ в промышленной автоматике лежит в пределах от 0,001мкс до 1с.

3. Длительность фронта (переднего фронта) или (заднего фронта) соответственно равные времени нарастания от до или спада от до импульса. Иногда вводят крутизну фронтов (среза) S отношение амплитуды к или .

4. Спад вершины импульса (желательно иметь как можно меньшим!) Относительная величина спада . У треугольных, пилообразных ВИ вершины нет, а фронт сразу переходит в срез!

5. Период повторения импульсов Т – отрезок времени между началом (концом) двух соседних однополярных ВИ (рис.1)

6. Частота повторения (следования) , обратная величине T (колеблется от долей Гц до десятков МГц).

7. Скважность импульса Q - отношение периода Т к длительности . – величина безразмерная и всегда больше 1. Одна из энергетических характеристик импульсного устройства, так как отражает накопление больших энергий во время большой паузы и её генерирования во время кратковременного импульса. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения импульсов:

Рис. 99. Видеоимпульсы

Рис. 100. Радиоимпульсы

Для оценки энергетических свойств импульсных устройств и влияния импульса на нагрузку вводят понятие среднего значения импульса (постоянной составляющей) за период или за время длительности импульса:

(61)

Для прямоугольного импульса справедливы выражения:

(62)

Мощность P_и в импульсной технике называют мощностью в импульсе. Если в спецустройстве непрерывно накапливать отдаваемую источником питания мощность, а во время импульсов отдать её, то мощность в импульсе может быть в Q раз больше мощности источника питания! Т. е. .

Действующее значение импульса (напряжения, тока, мощности) находят:

(63)

где – действующее значение соответствующей величины за время t и для прямоугольных импульсов: .

В таблице приведены значения P_ср, U_ср и U_эф для некоторых импульсов различной формы.

Таблица 7