Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы разность напряжений между его входами была равна нулю.
Операционный усилитель потребляет очень небольшой входной ток (ОУ типа LF411 потребляет 0,2 нА; ОУ со входами на полевых транзисторах - порядка пикоампер); сформулируем правило 2:
Входы операционного усилителя ток не потребляют.
Здесь необходимо дать пояснение: правило 1 не означает, что операционный усилитель действительно изменяет напряжение на своих входах. Это невозможно. (Это было бы не совместимо с правилом 2.) Операционный усилитель "оценивает" состояние входов и с помощью внешней схемы ОС передает напряжение с выхода на вход, так что в результате разность напряжений между входами становится равной нулю (если это возможно).
ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Неинвертирующий усилитель
Схема неинвертирующего усилителя на ОУ показана на рис.86. и содержит последовательную обратную связь по напряжению.
В
соответствии с ранее принятыми допущениями
и
а коэффициент усиления
что совпадает с полученным ранее
результатом при анализе усилителя с
последовательной ООС по напряжению.
Очевидно,
что из схемы неинвертирующего усилителя
можно получить повторитель напряжения
при
или
.
Инвертирующий усилитель
Рассмотрим схему на рис. 3. Проанализировать ее будет нетрудно, если вспомнить сформулированные правила:
1. Потенциал точки B равен потенциалу земли, следовательно, согласно правилу I, потенциал точки A также равен потенциалу земли.
2. Это означает, что: а) падение напряжения на резисторе R2 равно Uвых, б) падение напряжения на резисторе R1 равно Uвх.
3. Воспользовавшись теперь правилом II, получим Uвых/R2 = -Uвх/R1, или коэффициент усиления по напряжению = Uвых/Uвх = R2/R1. Позже вы узнаете, что чаще всего точку B лучше заземлять не непосредственно, а через резистор. Однако сейчас это не имеет для вас значения.
Эти правила создают достаточную основу для рассмотрения схем на операционных усилителях.
К базовым аналоговым вычислительным устройствам относятся сумматор, интегратор и дифференциатор. Они используются в различных измерительных преобразователях и корректирующих звеньях, а также при моделировании систем управления. Как правило, эти устройства выполняются на базе ОУ по схеме инвертирующего усилителя (рисунок 6.2), обеспечивающего максимальную точность. Выходное напряжение инвертирующего усилителя равно
VOUT= - Rs/R1
Рисунок 6.2 – Принципиальная схема инвертирующего усилителя
Схема двухвходового сумматора представлена на рисунке 2.13. Каждый вход сумматора соединяется с инвертирующим входом ОУ через взвешивающий резистор (R1, R2… Rn). Инвертирующий вход называется суммирующим узлом, поскольку здесь суммируются все входные токи и ток обратной связи. Как и в обычном инвертирующем усилителе, напряжение на инвертирующем входе равно нулю (вследствие действии ООС), следовательно, равен нулю и ток, втекающий в ОУ. Таким образом,
Is=Il+I2+...+In и I1=U1/R1,I2=U2/R2,..., In=Un/Rn.
Так как напряжение на инвертирующем входе примерно равно нулю, то Uo=Is Rs. После преобразований получаем выражение дли выходного напряжения сумматора в следующем виде
Uo= - Rs(U1/R1 + U2/R2 + … Uр/Rn).
Рисунок 6.3 – Принципиальная схема двухвходового сумматора реализующего формулу VOUT(X1)= – U1 – 0.5 U2
Порядок выполнения работы: