 |
Источники тока с незаземленной нагрузкой
|
|
|
|
Дифференцирующие устройства на ОУ (0034) 49
Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления.
Rос –небольшое
При идеальном ОУ малое отличие от нулевого потенциала инвертирующего входа => Uвх полностью приложено к конденсатору С.
ie= C*dUвх/dt –ток зарядки.
Т.к. входное сопротивление ОУ велико, то весь ток протекает через Rос. Дифференциатор не может быть реализован, так как система неказуальна (ограничение полосы пропускания и конечного коэффициента усиления) => может самовозбудиться из-за спада коэффициента усиления реального ОУ на ОУ и дополнит фазовый сдвиг (вносит ОС)
Для дифференцирующего устройства выходное напряжение Uвых пропорционально скорости изменения входного напряжения и равно:
Применение ОУ для дифференцирования входного сигнала: а — схема дифференцирующего устройства, применяемого на практике; б — логарифмическая амплитудно-частотная характеристика дифференциатора.
Для нормального диф. усилителя параметры необходимо выбирать так, чтобы спад усиления ОУ начинался после частоты 
(позволит устранить влияние собственно полосы пропускания ОУ)
Дифференцирует до частоты 
выполняет усиление в диапазоне частот от 
до 
и является интегратором на частоту выше .
Таким образом при применении ОУ точное дифференцирование сигнала затруднено.
Источники напряжения, управляемые током.
Для точных измерений слабых токов, в цифро-аналоговых преобразователях и в некоторых других устройствах требуется получение напряжения, пропорционального входному току. При этом во многих случаях необходимо, чтобы преобразователь ток-напряжение имел, по возможности, минимальные входное и выходное сопротивления (в идеале – нулевое). Схема источника напряжения, управляемого током, приведена на рис. 7.
|
|
|
Если усилитель идеальный, то i>Uд= 0 и Uвых= –RIвх. Если коэффициент усиления ОУ KU конечен, то
где Rи – сопротивление источника входного сигнала.
Источники тока управляемые напряжением, инверторы сопротивления.
Источники тока, управляемые напряжением
Источники тока, управляемые напряжением, предназначены для питания нагрузки током, сила которого не зависит от выходного напряжения ОУ и регулируется только входным напряжением схемы. Такие источники применяются в измерительных схемах, например, при измерении сопротивления, в электроприводе, если требуется стабилизировать вращающий момент электродвигателя и др.
Идеальный преобразователь напряжение-ток имеет бесконечно большие входное и выходное сопротивления.
Источники тока с незаземленной нагрузкой
В инвертирующем и не инвертирующем усилителе по резистору отрицательной обратной связи протекает ток I 2= U 1/ R 1. Таким образом, этот ток не зависит от падения напряжения на резисторе R 2. Следовательно, оба этих усилителя можно использовать в качестве источников тока, в которых вместо резистора обратной связи включена нагрузка (рис. 17).
Рис. 17. Источники тока с нагрузкой в цепи обратной связи
Поскольку дифференциальный коэффициент усиления ОУ K U имеет конечное значение, входное дифференциальное напряжение U д остается отличным от нуля. Для определения выходного сопротивления источника тока на рис. 8а запишем:
I 1 = I 2 = (U 1 –U д)/ R 1,
U д = –(U вых/ K U),
U 2= U д – U вых.
Отсюда получим следующее соотношение:
Таким образом, выходное сопротивление источника тока будет равно
R вых = – (дU 2/ дI 2) = K U R 1.
Оно пропорционально дифференциальному коэффициенту усиления ОУ. Выходное сопротивление схемы на рис. 17б может быть рассчитано аналогично.
|
|
|
Рассмотренные источники тока обладают существенным недостатком. Ни к одному из зажимов нагрузки этих источников тока не может быть приложен постоянный потенциал (в том числе и нулевой), поскольку в противном случае либо выход, либо инвертирующий вход операционного усилителя будет закорочен. Приведенные ниже схемы не имеют этого недостатка.
Инверторы сопротивления
Иногда возникает необходимость использования отрицательного сопротивления, например, для компенсации потерь и повышения добротности колебательных контуров. Для обычного двухполюсника направление тока и напряжения совпадают и его сопротивление положительное: R = V/I. Если же в двухполюснике направления протекающего тока и приложенного напряжения не совпадают, отношение V/I будет отрицательным. Говорят, что такой двухполюсник обладает отрицательным сопротивлением. Физически это означает, что этот двухполюсник не рассеивает, а отдает энергию во внешнюю цепь. Поэтому отрицательные сопротивления могут быть получены только с применением активных схем, которые называют инверторами сопротивления. Схема инвертора сопротивления на операционном усилителе приведена на Рис. 2.17 (Рис. 20).
Выходное напряжение идеального ОУ определяется как
На входах идеального операционного усилителя напряжения равны, т. е. V1 = V2, поэтому I2 = —I1. Отсюда следует, что V1/I1 = — R2.
При выводе этих соотношений предполагалось, что схема находится в устойчивом состоянии.
Входной ток усилителя равен
Однако, поскольку операционный усилитель охвачен одновременно положительной и отрицательной обратными связями, следует принять меры, чтобы выполнялись условия устойчивости. Физический смысл условий устойчивости для схемы инвертора сопротивления с идеальным ОУ при резистивных обратных связях заключается в том, что глубина положительной обратной связи должна быть меньше, чем отрицательной. Для схемы на Рис. 2.17 это означает, что сопротивление источника входного сигнала Rs должно быть меньше R 2.
|
|
|
