11.9.1. Инвертирующий сумматор

Схема инвертирующего сумматора с тремя входными сигналами приведена на рис. 11.10. Для простоты рассуждений принимаем, что R₁=R₂=R₃=R_oc.

П оскольку у идеального ОУ K_U, R_вx, а ток смещения очень мал по сравнению с током обратной связи, то согласно закона Кирхгофа

I₁+I₂+I₃=I_ос. (11.19)

Вследствие того, что инвертирующий вход имеет практически нулевой потенциал, то в нем отсутствует взаимное влияние входных сигналов. Выражение (11.19) может быть представлено в виде

(11.20)

и при R_ос=R₁=R₂=R₃ U_вых = –(U₁+U₂+U₃).

Следовательно на выходе получается инвертированная сумма входных напряжений. Если R₁R₂R₃, то на выходе получается инвертированная сумма входных напряжений (11.20) с различными масштабными коэффициентами. Инвертирующий сумматор объединяет в себе функции сумматора и усилителя при сохранении простоты схемы. Резистор R служит для компенсации сдвига нуля на выходе ОУ, вызванного временными и температурными колебаниями входного тока. Сопротивление R выбирают токай величины, чтобы эквивалентные сопротивления, подключенные ко входам ОУ были одинаковы: R=R_oc||R₁||R₂||R₃.

11.9.2. Неинвертирующий сумматор

Схема неинвертирующего сумматора, который строится на базе неинвертирующего усилителя, приведена на рис. 11.11. Так как при U₀=0 напряжения на инвертирующем и неинвертиющем входах равны, то

. (11.21)

Учитывая, что R_вx ОУ по неинвертирующему входу очень велико, то входной ток равен 0. Согласно закона Кирхгофа можно записать

. (11.22)

Откуда , где n – число входов, и

. (11.23)

Е сли же в схеме (рис. 11.11) еще подаются сигналы на инвертирующие входы, то схема выполняет операцию сложения-вычитания.

Для правильной рабо- ты сумматора необходимо сбалансировать инвертирую-щий и неинвертирующий коэффициент усиления, т.е. обеспечить равенство сумм коэффициентов усиления инвертирующей и неинвертирующей частей схемы.

11.9.3. Интегрирующий усилитель

Интегрирующий усилитель (интегратор) строится на базе инвертирующего усилителя путем замены резистора обратной связи конденсатором и его часто называют интегратором Миллера.

Схема интегратора приведена на рис. 11.12. Интегрирование используется при решении дифференциальных уравнений, обработке и генерировании электрических сигналов. Используя те же свойства идеального ОУ (K_U, R_вход), что и для инвертирующего усилителя, получаем, что входной ток протекает через конденсатор в цепи обратной связи

, где . (11.24)

Напряжение на конденсаторе U_C и выходное напряжение усилителя изменяются по закону

. (11.25)

Произведение RC называют постоянной времени интегратора и имеет размерность времени, что соизмеримо с размерностью сигнала действующего на входе интегратора. При подаче на вход интегратора скачка напряжения постоянной величины U_вх=const, напряжение на выходе U_вых=U_вxt/(RC) не зависит от коэффициента усиления ОУ. Конденсаторы, используемые в интеграторах, должны иметь малые токи утечки, чтобы обеспечивать достаточную точность интегрирования. На точность интегрирования оказывают влияние входной ток ОУ, который, протекая через конденсатор обратной связи С, заряжает его, а так же напряжение смещения, которое влияет на входное напряжение, изменяя его и также подзаряжая конденсатор. Для повышения точности интегрирования необходимо:

1. Использовать ОУ с низким напряжением смещения;

2. Выбирать ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах;

3. Включать между неинвертирующим входом и землей резистор, шунтируя его иногда конденсатором.

Интеграторы широко применяются при создании генераторов линейно изменяющегося и синусоидального напряжений, точных фазосдвигающих устройств, обеспечивающих получение фазового сдвига напряжения величиной 90 с погрешностями минуты–десятки минут, а также в качестве фильтров низких частот.