79 Интегрирующий усилитель

Это устройство, в котором входное и выходное напряжение связано соотношением

.

Простейшим интегрирующим цепям (например RC - цепям) аналогичны недостатки предыдущего устройства.

Схема интегрирующего усилителя на ОУ приведена на рис.8. Установим связь между выходным и входным напряжениями этой схемы. Для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что

I_вх = I_ос + I_оу

Если считать, что ОУ идеальный, т.е. I_оу=0 и U⁺_вх=U^–_вх = 0, то, записав токи по закону Ома (I_вх=(U_вх -U^–_вх)/R₂, а I_ос= I_с = Сd(U^–_вх - U_вых)/dt) получим выражение связывающее выходное и входное напряжения

,

где RС= t - постоянная времени интегрирующего усилителя.

Коэффициент передачи интегрирующего усилителя определяется выражением

К_(jw) = U_вых/ U_вх = (jwt)^-1 =K_(w) e ^jj(w),

где K_(w) =( wt )^-1 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); j(w) =- p/2 - фазово-частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи интегрирующего усилителя.

80 Компараторы напряжения

Компараторы напряжений это устройства, которые предназначены для сравнения двух сигналов. Они имеют два входа. Один из входов предназначен для подачи исследуемого сигнала U_x, а другой для подачи опорного напряжения U_оп.

В момент времени, когда исследуемый сигнал U_x сравнивается с пороговым напряжением U_пор, который зависит от величины опорного напряжения U_оп=F(U_пор), компаратор изменяет свое состояние. Состояние компаратора определяется величиной выходного напряжения, которое может принимать два значения: U_вых=U⁰_вых или U¹_вых.

Работу компаратора обычно характеризуют аналитически, в виде неравенств или амплитудной характеристикой.

Н а рис.10.1 приведена схема неинвертирующего компаратора (рис10.1а), его аналитическое выражение (рис.10.1б) и амплитудная характеристика (рис.10.1в).

а) б) с)

Рис.10.1

Н а рис.10.2 приведена схема инвертирующего компаратора (рис10.2а), его аналитическое выражение (рис.10.2б) и амплитудная характеристика (рис.10.2в).

а) б) с)

Рис.10.2

В качестве компараторов обычно используют операционные усилители (рис.10.3). Входные (U_вх+, U_вх-) и выходное (U_вых) напряжения ОУ связаны соотношением:

U_вых = К_оу (U_вх+ - U_вх-) , (1)

где К_оу - коэффициент усиления операционного усилителя.

В связи с тем, что К_оу достаточно велик (10⁵ — 10⁶),. линейный режим имеет место только при малых входных сигналах, когда диапазон входных не превышает долей или единиц милливольта.

При отсутствии отрицательной обратной связи или при введении положительной обратной связи схемы на ОУ обладают нелинейными свойствами и выполняют функции компараторов, генераторов сигналов и т. п.

При достаточно больших значениях входного дифференциального напряжения имеет место режим ограничения выходного напряжения, т.е:

Uвых = U¹_вых ≈ Е_п⁺ sign U_вх+, при U_вх+ > U_вх-, (1.1)

U⁰ _вых ≈ Е_п^¯ sign U_вх+, при U_вх+ < U_вх-,

Итак, благодаря большому коэффициенту усиления ОУ имеют амплитудную характеристику аналогичную характеристике компаратора.