 |
Функциональные устройства на ОУ. Схемы. Область применения.
|
|
|
|
Операционные усилители в настоящее время являются основными элементами для построения аналоговых и импульсных схем. Ниже приведены основные функциональные схемы, выполненные на базе ОУ.
Преобразователи аналоговых сигналов на ОУ. Обычно функции, выполняемые ОУ, определяются элементами обратной связи, в качестве которых используются резисторы, емкости, индуктивности, полупроводниковые приборы и т.д. На основе ОУ могут быть построены масштабные усилители, повторители, сумматоры, интеграторы, стабилизаторы тока и напряжения, активные фильтры, усилители переменного тока, генераторы импульсных сигналов, функциональные преобразователи, схемы сравнения и т.д.
Повторитель напряжения (рис. 73) представляет собой усилитель, охваченный 100% ООС по выходному напряжению Bос = 1. Для повторителя Uвых=Uвх. 
.
;
,
где KU0 – коэффициент усиления без ООС;
Rвх0 – входное сопротивление ОУ без ООС.
Благодаря большому входному сопротивлению и малому выходному сопротивлению повторитель используется в качестве согласующего элемента.
Неинвертирующий масштабный усилитель (рис. 74). Здесь коэффициент передачи делителя в цепи ООС определяется выражением:
.
Тогда коэффициент усиления усилителя:
.
Полагая, что КU0® ¥, получим
,
т.е. 
.
На основании полученного выражения можно сделать вывод, что коэффициент усиления усилителя не зависит от параметров ОУ и не может быть меньше единицы. Следует отметить, что в рассматриваемом усилителе фазы входного и выходного напряжений совпадают.
Если сопротивление Z1 отсутствует, то неинвертирующий усилитель превращается в повторитель напряжения с коэффициентом усиления равным 1. Такой повторитель используется в качестве элемента согласования между источником сигнала и нагрузкой. В качестве повторителя напряжения часто используются ОУ, у которых в первом каскаде (в дифференциальном усилителе) использованы полевые транзисторы.
|
|
|
В инвертирующем усилителе входной сигнал и сигнал обратной связи подается на инвертирующий вход ОУ. В отличие от неинвертирующего усилителя входной сигнал попадает на вход ОУ не непосредственно, а через делитель Z1 и Zос.
|
|
Полагая, что КU0 ®¥, получим 
.
Для инвертирующего усилителя фазы входного и выходного напряжений сдвинуты относительно друг друга на 1800. Входное сопротивление усилителя практически равно сопротивлению резистора Z1, т.к. напряжение на входе ОУ “-” за счет действия ООС стремится к 0. Следовательно, при любых входных сигналах разность напряжения между инвертирующими и неинвертирующими входами стремится к нулю.
В дифференциальном усилителе входной сигнал Uвх подается на прямой и инверсный входы. Особенностью такого усилителя является значительное ослабление синфазных помех.
Интегратор представляет собой ОУ, в цепь обратной связи которого включен конденсатор С. Для интегратора 
. Для повышения точности работы интегратора необходимо использовать ОУ с малыми значениями Uсм, Iвх и DIвх и ограничить максимальное время
интегрирования. Известны схемы, в которых выходное напряжение равно интегралу от разности входных напряжений. Эти схемы строятся на основе дифференциальных усилителей.
Функциональные преобразователи на ОУ обеспечивают нелинейную зависимость входного и выходного напряжений. Такие преобразователи представляют собой масштабные усилители, цепи обратной связи которых выполнены в виде сложных делителей, содержащих линейные и нелинейные элементы. В качестве примера рассмотрим схему усилителя с убывающим коэффициентом усиления (рис. 78).
|
|
|
Здесь стабилитроны VD1 и VD2 включены в цепь ООС. При напряжениях (UVD1 и UVD2) возникает пробой соответствующих стабилитронов и скачком изменяется сопротивление обратной связи Rоос.
В ряде случаев в цепь обратной связи включаются более сложные электронные схемы, например, цифроаналоговые преобразователи. В таких схемах можно дискретно (ступенчато) изменять коэффициент усиления масштабного усилителя путем подачи соответствующего цифрового кода. Коэффициент усиления таких усилителей можно изменять практически от 0 до 2n, где n – разрядность цифрового кода.
Стабилизатор тока. Один из возможных вариантов стабилизатора тока приведен на рис.79. Величину тока нагрузки Iн устанавливают входным напряжением Uвх. Транзистор позволяет стабилизировать выходной ток. Данное устройство можно рассматривать как усилитель с последовательной ООС по току. При изменении Rн изменяется и Jн, а следовательно, и напряжение UЭ, которое через ОУ поступает в противофазе на базу транзистора VT и изменяет его сопротивление таким образом, чтобы RH +RVT 
const. 
Активные фильтры – используются для формирования частотной характеристики заданного типа. Данные фильтры представляют собой ОУ, в обратную связь которого включены частотозависимые элементы. Они подразделяются на фильтры низкой и высокой частоты, полосовые и режекторные (заградительные) фильтры.
Режекторными являются фильтры Чебышева, Баттерворда и Бесселя. В зависимости от количества частотозависимых цепочек RC
активные фильтры бывают фильтрами первого, второго, третьего и т.д. порядка.
|
|
|
