 |
А – условное графическое обозначение; б – передаточные характеристики
|
|
|
|
Коэффициент усиления по напряжению К0 собственно ОУ равен отношению выходного напряжения к дифференциальному входному напряжению:
(15)
Передаточные характеристики (рис.12, б) имеют важнейшее значение для ОУ. Если усиливаемый сигнал подан на неинвертирующий вход, а инвертирующий вход заземлен, то знак выходного напряжения совпадает со знаком входного напряжения (линия 1). При подаче сигнала на инвертирующий вход и заземлении неинвертирующего, знак выходного напряжения будет противоположен знаку входного (линия 2). Угол наклона линейных участков передаточных характеристик пропорционален коэффициенту усиления по напряжению К0. Горизонтальные участки передаточных характеристик соответствуют режиму насыщения оконечных транзисторов ОУ, поэтому выходное напряжение
(16)
В теории интегральной усилительной техники с целью упрощения анализа и расчета схем на операционных усилителях вводят понятие «идеальный» ОУ, для которого справедливы следующие допущения: бесконечно большие коэффициент усиления К0 = оо, входное сопротивление Rвх0 = оо и нулевое выходное сопротивление Rвых0 = 0.
Из этих допущений вытекают два основных свойства (правила анализа) ОУ:
1. Дифференциальный входной сигнал равен нулю
(17)
2. Входы ОУ не потребляют ток от источника входного сигнала
(18)
Изложенное выше понятие идеального ОУ соответствует так называемому принципу «виртуального» (кажущегося) замыкания его инвертирующего и неинвертирующего входов. При виртуальном замыкании, как и при физическом (обычном), напряжение между соединенными зажимами равно нулю. Вместе с тем в отличие от физического замыкания ток между виртуально замкнутыми зажимами не течет. Говоря другим словами, для тока виртуальное замыкание зажимов эквивалентно разрыву электрической цепи.
|
|
|
В зависимости от условий подачи усиливаемого сигнала на входы ОУ и подключения к нему внешних элементов можно получить две фундаментальные схемы включения: инвертирующую и неинвертирующую. Любое схемотехническое решение с применением ОУ базируется на этих включениях. Одно из них осуществлено в компараторе.
Компаратор — устройство, осуществляющее сравнение двух аналоговых напряжений. В простейшей схеме компаратора входное напряжение сравнивается с некоторым опорным, в качестве которого используется часть выходного напряжения (рис. 14, а).
На инвертирующий вход ОУ поступает входное напряжение, а на неинвертирующий вход подается опорное напряжение Uн= Uon = β Um, снимаемое с делителя R1,R2. Таким образом, ОУ охвачен положительной обратной связью по неинвертирующему входу, и выходное напряжение скачком изменяет свою полярность при сравнении входного и опорного напряжений.
Принцип действия компаратора рассмотрим с помощью передаточной характеристики —
зависимости выходного напряжения от входного (рис.5, б). Пусть входное напряжение UBX = 0, а выходное Uвых= Um+ (точка 1 на рис 5,б). Напряжение на неинвентирующем входе при этом будет:
Uн = βUm+ (19)
где р = Rl/(Rl+R2) — коэффициент передачи резистивной цепи Rt, R2 положительной ОС в компараторе.
Если входное напряжение больше нуля и увеличивается, то при сравнении его амплитуды с опорным, равным напряжению срабатывания U=βUm+, компаратор переключается. При этом произойдет скачкообразное изменение выходного напряжения со значения Um+, на значение U- (переход от точки 2 к точке 3 на рис. 14, б). Дальнейшее увеличение, входного напряжения не изменит состояния компаратора, и напряжение на неинвертирующем входе ОУ будет также постоянным: Uн=βUm-, При уменьшении входного напряжения до значения опорного, равного напряжению отпускания Uвх = Uотп = βUm-, произойдет скачкообразный возврат компаратора в исходное состояние. Выходное напряжение при этом изменится с Um- на βUm+, (переход от точки 4 к точке 5 на рис. 5, б).
|
|
|
 |
Рис.14. Компаратор
|
|
|
