1. Операц-ный усилитель (оу).Диф-ное напряжение. Синфазное напр-ие. Идеальный оу.Виды обратной св.

Операционный усилитель (ОУ) – универсальное усилительное устройство, изначально предназначенное для выполнения математических операций.

Кроме отмеченных выводов схемы ОУ имеют еще выводы питания, при необходимости,выводы частотной коррекции, балансировки, задания тока потребления и пр.Абсолютные значения трех сигнальных напряжений, отсчитываемых относительно общего вывода питания, находятся в пределах питающих напряжений. Как правило, напряжения питания , . При этом, размах выходного напряжения и входных напряжений , симметричен в обеих полярностях и гарантированно перекрывает диапазон .Основным свойством ОУ является его чувствительность к разности входных напряжений, а не к их абсолютным значениям. Вследствие этого вводятся два понятия: синфазное входное напряжение (общая составляющая напряжений на входах, которая должна подавляться) и дифференциальное входное напряжение , на которое усилитель реагирует. Будем считать, что , .

Для понимания работы схем с использованием ОУ полагают, что ОУ «идеален». Под идеальным ОУ понимается следующее: – коэффициент усиления ОУ равен бесконечности; входное сопротивление ; выходное сопротивление ; коэффициент подавления синфазного входного напряжения равен ∞. Понятно, что с таким коэффициентом усиления ОУ неприменим. Поэтому он предназначен для работы с глубокой отрицательной обратной связью. Различают два вида широко используемой обратной связи в схемах с ОУ. Это параллельная и последовательная отрицательные обратные связи.

схема с ОУ, охваченным параллельной отрицательной обратной связью.

Из свойств идеального ОУ вытекает, что разность между инвертирующим и неинвертирующим входами чрезвычайно мала и входы можно считать виртуально (квази) закороченными. Выходное напряжение для данной схемы можно найти из следующих соображений. Поскольку инвертирующий вход – точка суммирования, находится под нулевым потенциалом, то ток, протекающий по резистору , является входным током, который будет определяться следующим соотношением , а выходное напряжение , откуда коэффициент усиления схемы с параллельной ООС будет равен , то есть определяется не свойствами ОУ, а элементами ОС , .Схема с ОУ с последовательной отрицательной обратной связью представлена на рис.2.4.

Рис.2.4. Последовательная отрицательная ОС

В данной схеме часть выходного напряжения передается на инвертирующий вход через делитель , . Напряжение на инвертирующем входе равно .Напряжение на неинв-щем входе равно .Поскольку входы ОУ виртуально заземлены , то справедливо равенство

, ,откуда , .

Таким образом, коэффициент усиления схемы определяется, как и прежде, только соотношением сопротивлений резисторов , и не зависит от свойств от ОУ.

2. Использование параллельной отрицательной обратной связи. Инвертор,интегратор,дифференциатор, сумматор.

Операционный усилитель (ОУ) – универсальное усилительное устройство, изначально предназначенное для выполнения математических операций – откуда и название операционный. Графическое обозначение ОУ дано на рис.2.1.

Рис.2.1. Графическое обозначение ОУ, – коэффициент усиления ОУ

На рис.2.2 представлена схема с ОУ, охваченным параллельной отрицательной обратной связью.

Рис.2.2. Параллельная отрицательная обратная связь

Из свойств идеального ОУ вытекает, что разность между инвертирующим и неинвертирующим входами чрезвычайно мала и входы можно считать виртуально (квази) закороченными. Выходное напряжение для данной схемы можно найти из следующих соображений. Поскольку инвертирующий вход – точка суммирования, находится под нулевым потенциалом, то ток, протекающий по резистору , является входным током, который будет определяться следующим соотношением: ,а выходное напряжение , откуда коэффициент усиления схемы с параллельной ООС будет равен , то есть определяется не свойствами ОУ, а элементами ОС , .Рассмотрим ряд схем, реализованных на основе ОУ с параллельной ООС, представленных на рис.2.3. На рис.2.3а представлена схема инвертора или схема умножения входного напряжения на . Это достигается тем, резисторы . На рис.2.3б представлена схема дифференциатора. Поскольку , а , который в то же время равен (инвертирующий вход виртуально заземлен) , .

На рис.2.3в представлена схема дифференциатора с использованием индуктивности L. Для нее справедливо

,

то есть, как и в схеме с использованием конденсатора, выходное напряжение пропорционально производной от входного. На рис.2.3г, 2.3д представлены схемы интеграторов входного напряжения. Для схемы на рис.2.3г справедливо

, , , .

Аналогично имеем для схемы на рисунке 3д

, , .

На рис.2.3е представлен преобразователь ток-напряжение. В данной схеме источник тока виртуально заземлен (схема имеет неоспоримые преимущества по сравнению с преобразователями ток-напряжение на основе низкоомных резисторов-шунтов). Выходное напряжение пропорционально входному току. Коэффициент пропорциональности – сопротивление . На рис.2.3ж представлена схема сумматора. Здесь в точке суммирования складываются входные токи, протекающие по входным резисторам. Суммарный ток протекает по резистору обратной связи и создает выходное напряжение.

На рис.2.3з представлен дифференциальный усилитель. Выходное напряжение схемы пропорционально разности .

Некоторым недостатком схем с параллельной ООС является невысокое входное сопротивление, определяемое входным сопротивлением .

Достоинство данных схем состоит в том, что отсутствует синфазная составляющая входного сигнала. Неинвертирующий вход заземлен .