Контрольные вопросы

1. Как влияет сопротивление R1 в схеме (см. рис. 1.2) на коэффициент стабилизации?

2. Какие меры необходимо предпринять, если при расчете по формуле (1.6) величина входного напряжения получится отрицательной?

3. Может ли стабилизатор напряжения ослаблять пульсации входного напряжения?

4. Почему в схеме (см. рис. 1.5,а) ток нагрузки может быть значительно больше, чем в схеме на рис. 1.4,б?

5. Может ли коэффициент стабилизации в схеме на рис. 1.5 существенно отличаться от коэффициента стабилизации в схеме на рис. 1.4,б?

Лабораторная работа №2 Исследование решающих усилителей на базе оу Краткая теория

Операционный усилитель (ОУ) – это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления. Обычно он используется в схемах, чаще всего в так называемых решающих усилителях, для выполнения математических операций, виды которых определяются внешними цепями обратной связи ОУ.

Передаточная функция электронной схемы есть отношение величины выходного сигнала V_вых к величине входного сигнала V_вх. Для усилителя напряжения передаточная функция (коэффициент усиления) определяется выражением Кv = V_вых / V_вх .

При разработке схемы наилучшим подходом является использование на первом этапе предположения об идеальности ОУ, что существенно упрощает расчёт передаточной функции.

На рис.2.1 показана упрощённая эквивалентная схема ОУ. В представленной модели ОУ имеет входное сопротивление R_вх, включённое между его двумя входами V₁ и V₂. Выходная цепь состоит из управляемого источника (генератора) напряжения и включённого последова­тельно с ним выходного сопротивления R_вых, связанного с выходом ОУ. Разность напряжений между входами ОУ вызывает протекание тока через сопротивление R_вх. Дифференциальное напряжение умножается на величину К_v – коэффициент усиления ОУ, в результате чего получается значение выходного напряжения.

Предполагается, что идеальный ОУ имеет следующие характеристики:

коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи в рабочей полосе частот равен бесконечности;

входное сопротивление R_вх равно бесконечности;

выходное сопротивление R_вых = 0;

отсутствует напряжение смещения нуля, т.е. V_вых = 0 при V₁=V₂;

входные токи для обоих входов ОУ равны нулю.

Кроме того, из рис. 2.1 видно, что V₂ – V₁=V_вых/К_v. Так как V_вых имеет конечное значение (обычно не более 20В), а коэффициент усиления К_V бесконечно велик (типичное значение 100000), то V₂ – V₁  0 и V₂  V₁.

Два последних факта существенно упрощают разработку схем на ОУ. Окончательно сформулируем их в следующем виде.

Правило 1. При работе ОУ в линейной области напряжения на двух его входах должны иметь одинаковые значения (V₂  V₁)_.

Правило 2. Входные токи для обоих входов ОУ равны нулю.

На принципиальных схемах в зарубежной литературе ОУ обозначается треугольным символом, как на рис. 2.1, но без указания его внутренней структуры, в отечественной литературе - в виде прямоугольника.

Инвертирующий усилитель

На рис. 2.2 представлена базовая принципиальная схема инвертирующего усилителя. Выражение для коэффициента усиления (передаточной функции) определяется из следующих соображений. Поскольку неинвертирующий вход заземлён, его потенциал равен нулю. Согласно правилу 1 потенциал инвертирующего входа также равен нулю (так называемая виртуальная земля).

В соответствии с первым законом Кирхгофа и с учетом правила 2 можно записать

I _вх = I_о. ( 2.1 )

В соответствии с законом Ома имеем I_вх = V_вх / R_вх и I_о = - V_вых / R_о. Подстановка этих соотношений в (2.1) даёт V_вх / R_вх = - V_вых / R_о, откуда получим

V_вых = – (R_о / R_вх) V_вх . ( 2.2 )

Таким образом, данная схема инвертирует входной сигнал, и коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен – K_v = R_о / R_вх .