Операционный усилитель

Операционный усилитель, ОУ, операционник. Свойства. Характеристики. Математическая модель. Классификация.

Понятие операционного усилителя. Схемы, применение, классификация. Тонкости. (10+)

Операционный усилитель — Свойства.

Характеристики. Математическая модель. Классификация

‘);

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

С появлением операционных усилителей (ОУ) в виде интегральных микросхем проектирование большинства устройств сильно упростилось. Операционные усилители используются в схемах автоматики, цепях задержки, интеграторах, дифференциаторах, генераторах, триггерах Шмитта, активных фильтрах, гираторах, умножителях емкости и многих других приложениях.

Математическая модель Операционного усилителя. Обозначение.

Операционные усилители должны иметь минимум пять выводов: Инвертирующий вход, Неинвертирующий вход, Выход, Плюс питания, Минус питания. Многие операционные усилители также имеют выходы нейтрали, цепей балансировки и цепей частотной коррекции.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Схемотехники нередко называют ОУ операционником.

На схемах ОУ обозначается, как показано на рисунке.

Идеальные и реальные операционные усилители

Идеальный ОУ обладает следующими свойствами: Он усиливает разницу напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами. Он обладает бесконечным коэффициентом усиления. Он имеет бесконечное входное сопротивление и нулевое выходное. Идеальный операционный усилитель может работать при любых входных напряжениях и напряжении питания. Значение выходного напряжения не зависит от значений входных, а только от их разницы (он подавляет симфазный сигнал). Выходное напряжение равно нулю, если напряжения на обоих входах равны. Идеальный операционный усилитель имеет мгновенное быстродействие, то есть напряжение на выходе изменяется в тот же момент времени, как и разница напряжений на входах (бесконечное быстродействие). Идеальный ОУ может отдавать нагрузке неограниченный ток. Свойства идеального ОУ не зависят от формы и частоты входного сигнала. Он может усиливать любой сигнал от постоянного напряжения до сплошного белого шума в любом диапазоне частот. Идеальный операционник не шумит, не формирует сигналы на выходе при отсутствии сигнала на входе.

Понятно, что идеальных ОУ не существует. Операционным усилителем принято называть устройства, в некоторой степени, отвечающие перечисленным выше требованиям. Реальные ОУ обладают коэффициентом усиления от 10 000 до 1 000 000 и более. Хорошие операционные усилители имеют входное сопротивление то десятков МОм и выше. Максимальный выходной ток может быть до 10 мА. При рекомендованной для данного ОУ нагрузке можно приблизительно считать, что напряжение на ней не зависит от тока, то есть выходное сопротивление операционника близко к нулю. ОУ сильно ослабляют симфазный сигнал, в 100 и более раз, но, все же, не абсолютно. Напряжение питания может быть разным, но наиболее распространено двуполярное питание 15 вольт. Для обеспечения близкого к нулю выходного напряжения применяется ручная или автоматическая балансировка. Операционный усилитель хорошо работает с входными напряжениями от на пару вольт больших, чем минус питания, до на пару вольт меньших, чем плюс. Выходное напряжение обычно бывает в тех же пределах. Существуют операционники, рассчитанные на работу в самых разных диапазонах частот, но для высоких частот (выше 10 МГц) операционники не применяются.

Самой неприятной особенностью реальных ОУ является конечное быстродействие — некоторая задержка по времени между изменением входного и выходного напряжения. К чему она приводит, я расскажу позже.

Типовое включение операционника

Понятно, что усилитель с бесконечным усилением, или даже с усилением в 10 000 раз нам не нужен. Чтобы получить нужный нам коэффициент усиления, применяется отрицательная обратная связь. Часть напряжения с выхода усилителя подается на его инвертирующий вход. Таким образом, ограничивается коэффициент усиления, и снижаются искажения. ОУ действительно позволяет без проблем построить усилитель с заданным коэффициентом усиления.

[Коэффициент усиления] = ([Сопротивление резистора R1] + [Сопротивление резистора R2]) / [Сопротивление резистора R1] Приведенное соотношение точно выполняется при бесконечном коэффициенте усиления операционника и приблизительно — при высоких, но конечных его значениях.

Вспомним о том, что реальный операционный усилитель имеет конечное быстродействие. То есть он задерживает выходной сигнал по отношению к входному. В этом случае отрицательная обратная связь совсем не так хороша, как в идеальном. На рисунке приведен выходной сигнал приведенной схемы в случае идеального и реального ОУ, когда разность напряжений на входах отвесно возрастает с нуля до 1 вольта.

Более того, на определенной частоте сдвиг выходного сигнала относительно входного может достигнуть такой величины, что отрицательная обратная связь превратится в положительную, и начнется генерация на этой частоте. Применение цепей коррекции, снижающих усиление на высоких частотах, позволяет избежать генерации, но ухудшает усилитель. Используя такой подход, можно построить приличный усилитель, рассчитанный на усиление сигнала определенной формы и частоты, но не широкополосный усилитель.

Классификация операционных усилителей

Операционные усилители классифицируются по: напряжению питания — его значение, однополярное или двухполярное, входному сопротивлению (операционники с входным сопротивлением меньше 10 МОм в настоящее время практически вышли из употребления), максимальной рабочей частоте / быстродействию, коэффициенту шума — бывают малошумящие и с ненормированным коэффициентом шума.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые.

Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Проверка биполярного, полевого транзисторов, МОП, FET, MOSFET. Провери…
Как проверить исправность биполярного и полевого транзисторов. Методика испытани…

Операционные усилители К544УД1, К544УД1A, К544УД1Б, 544УД1, 544УД1A, 5…
Характеристики и применение операционных усилителей 544УД1. Распиновка…

Датчик уровня жидкости. Реле. Автоматическое включение / выключение на…
Автомат наполнения емкости с водой включает и выключает насос в зависимости от у…

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са…
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы…

Микроконтроллеры — пример простейшей схемы, образец применения. Фузы (…
Самая первая Ваша схема на микро-контроллере. Простой пример. Что такой фузы?…

Биполярный транзистор. Принцип работы. Применение. Типы, виды, категор…
Все о биполярном транзисторе. Принцип работы. Применение в схемах. Свойства. Кла…

Отрицательное сопротивление, импеданс. Схема. Преобразователь в против…
Понятие отрицательного сопротивления. Схемы с отрицательным сопротивлением….

Генератор сигнала с переменной скважностью импульсов. Регулировка коэф…
Схема генератора и регулируемым коэффициентом заполнения импульсов, управляемого…

Второй блок системы фазовой автоподстройки частоты

Буферный усилитель 278 кГц

За основу усилителя взят операционный усилитель AD826. Схема которого приведена на рисунке 23 и состоит из одного усилительного каскада на ОУ OP1.1, постоянных резисторов R1-R2, подстроечного резистора R3, развязывающих конденсаторов C1, C4. Усилитель питается от двухполярного напряжения ±5 В. Коэффициент усиления регулируется резистором R3 в диапазоне 2-5 раз по напряжению.

Для вывода фазового детектора ФД22 (рисунок 21) в оптимальный рабочий режим в системе ФАПЧ применен фазовращатель 23, схема которого приведена на рисунке 24 и состоит из постоянных резисторов R1, R3

Фазовращатель

сопротивлением 20 кОм, подстроечного многооборотного резистора R2 сопротивлением 5 кОм, операционного усилителя ОУ1 типа TL081, конденсаторов С1 ёмкостью 560 пФ, C2, C3 ёмкостью 100 нФ.

Схема работает следующим образом. Операционный усилитель ОУ1 включен в режиме дифференциального усиления. Сигнал поступает на вход Х1 и разделяется между резисторами R1 и R2. Одна часть сигнала поступает на инвертирующий вход операционного усилителя без изменений через резистор R1, как это происходит в обычном дифференциальном усилителе. Другая часть сигнала проходит через фазосдвигающую RC-цепочку, образованную элементами R2 и C1 и затем попадает на неинвертирующий вход операционного усилителя. В результате происходит усиление разности двух сигналов, один из которых сдвинут по фазе относительно другого на величину, определяемую постоянной времени RC-цепочки R2C1. Применение операционного усилителя компенсирует потери сигнала по амплитуде, которые наблюдаются при применении обычных, пассивных фазовращателей.

Фазовый детектор 22 вырабатывает сигнал ошибки постоянного тока, который воздействуя на элемент изменения частоты ГУНа, подстраивает его рабочую частоту так, чтобы разность частот между двумя каналами генератора была равна 278 кГц с точностью до фазы. В силу того, что в режиме качания частоты, управляющее напряжение ГУНа постоянно изменяется, либо под действием генератора пилообразного напряжения, либо ручным способом, сигнал ошибки должен постоянно суммироваться с текущим напряжением управления ГУНом, чтобы иметь возможность подстраивать его во всем диапазоне перестройки частоты. Для реализации этой задачи, во втором блоке ФАПЧ применен сумматор сигнала ошибки и управляющего напряжения. Его схема приведена на рисунке 25.

Схема сумматора напряжения (см. рисунок 25) состоит из постоянных резисторов R1-R5 с одинаковыми сопротивлениями 10 кОм, подстроечного резистора R6 сопротивлением 5 кОм, конденсаторов С1, С2 ёмкостью 1 мкФ, электролитического конденсатора С3 ёмкостью 10 мкФ, и двойного операционного усилителя типа TL082.

Схема работает следующим образом. Два входных суммируемых сигнала через входы Ч1 и Х2 подают на входы операционного усилителя ОУ2.1 где они складываются. С выхода усилителя ОУ2.1. суммарный сигнал поступает на вход второго операционного усилителя ОУ2.2 где вновь инвертируется, в результате чего суммируемые на входах Х1 и Х2 сигналы и сигнал на выходе Х3 равны по фазе. Номиналы всех резисторов R1, R2, R3, R4, R5 равны между собой, поэтому коэффициент усиления всей схемы равен единице. С выхода усилителя ОУ2.2 сигнал поступает на ФНЧ образованный резистором R6 и конденсатором С3, где фильтруется и подаётся на выход X3.

Сумматор сигналов

В связи с тем, что данный операционный усилитель имеет граничную частоту усиления около 1 МГц, то он сам является эффективным фильтром нижних частот для сигнала ошибки, получаемого с фазового детектора. Для дополнительной низкочастотной фильтрации применён фильтр на элементах R6, C3.

Настройка работы системы ФАПЧ проводится с помощью потенциометра R6, регулируя который меняют полосу пропускания фильтра нижних частот всей системы.

Перейти на страницу: 12 

Похожые стьтьи по экономике

Проектирование автоматической системы пожаротушения
пожаротушение автоматическая установка дренчерное В современных условиях кризиса экономики, халатного отношения к соблюдению мер пожарной безопасности государственная противопожарная служ …

Изучение проблемы трудоустройства студентов и молодых специалистов
Антенна-устройство для излучения и/или приема электромагнитных волн путем прямого преобразования электрического тока в излучение (при передаче) или излучения в электрический ток (при при …

Микроконтроллеры MSP430
Микроконтроллеры семейства MSP430 — серия 16-ти разрядных микроконтроллеров фирмы Texas Instruments (www.ti.com). Американская фирма TI является мировым лидером по производству цифровых сигнальных про …

Операционный усилитель — это усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, который может быть очень большим, вплоть до миллионов. Часто встречается коэффициент усиления в 200 000. Операционные усилители способны усиливать сигналы переменного тока, также как сигналы постоянного тока, они чаще используются в измерительном оборудовании для усиления сигналов постоянного тока.

Название «операционный» усилитель происходит от того, что выполняемые операционным усилителем функции представляют собой математические операции.

Например, устройство для извлечение квадратного корня является контрольно-измерительным устройством, в котором используется операционный усилитель для определения квадратного корня сигналов для обеспечения контроля изменения величины потока жидкой или газообразной среды.

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Операционные усилители не обладают бесконечными входными сопротивлениями и нулевыми выходными сопротивлениями. Хотя возможно входное сопротивление в несколько триллионов Ом, и выходные сопротивления близкие к нулю. В результате выходные сигналы от таких операционных усилителей могут очень точно регулироваться. По этой причине операционные усилители считаются точными усилителями.

Высокая степень точности, обеспечиваемая операционными усилителями, возможна благодаря применению технологии интегральных схем. Хотя в принципе возможно изготовить операционный усилитель из дискретных компонентов, соединенных вместе на монтажной плате, однако практически все операционные усилители в настоящее время выполнены в виде интегральных схем.

Кристалл интегральной схемы операционного усилителя содержит все транзисторы и другие элементы, необходимые для усиления сигнала. Стандартный кристалл выполнен из, на нем может располагаться порядка 30 транзисторов и других элементов.

При использовании операционных усилителей в различных типах схем они могут выполнять различные операции, необходимые в контрольно-измерительном оборудовании. Например, они могут суммировать сигналы, вычитать сигналы, находить среднюю величину сигнала и выполнять даже более сложные функции.

Схемы операционного усилителя

Все операционные усилители имеют два входа. Минус на схеме обозначает один вход, плюс — другой. Условное обозначение операционного усилителя можно узнать на схеме по знакам плюс и минус на вертикальной стороне треугольника. Это отличительные черты условного обозначения операционного усилителя. Если вы встретите на схеме подобный символ, но без знаков плюс и минус, то элемент, обозначенный таким образом, может представлять собой усилитель, но это не операционный усилитель.

Выход операционного усилителя представлен на вершине треугольника, противолежащей стороне, где находятся входные зажимы. Соединения с источником питания обычно обозначаются линиями на противоположных сторонах треугольника. Большинство операционных усилителей рассчитаны на работу от биполярного источника напряжения, имеющего положительное и отрицательное напряжения. В целом, операционные усилители могут работать в пределах напряжения от +-1 В до +-40 В. Наиболее распространенное напряжение питания для них 15 В.

Выход биполярного источника напряжения измеряется относительно нуля вольт, не всегда относительно земли шасси. Для указания точки отсчета используется стрелка с не закрашенной треугольной головкой. Такая стрелка показывает общую точку в схеме, называемую «общей точкой сигналов». Входной и выходной сигналы операционного усилителя также измеряются относительно общей точки сигналов. Соединения общих точек сигналов не всегда отображаются на принципиальных схемах с операционными усилителями.

Корпусы операционных усилителей

Операционные усилители размещаются в контейнерах, называемых корпусами. Четыре наиболее распространенных типов корпусов это: ТО-5 (корпус транзисторного типа), DIP (плоский корпус с двухрядным расположением выводов), мини — DIP и плоский корпус с планарными выводами.

Штырьки корпуса операционного усилителя используются в качестве выводов, с их помощью операционный усилитель соединяется с остальной схемой. Операционные усилители либо непосредственно припаиваются к монтажной плате, либо вставляются в колодку, которая припаяна к плате. Если операционный усилитель вставлен в колодку, его легко можно извлечь при помощи специального пинцета, предназначенного для этих целей.

Операционный усилитель – электронная схема усилителя на полупроводниках, в интегральном исполнении имеющего два балансных входа – прямой и инверсный, обладающий высоким коэффициентом усиления. Интегральное исполнение подразумевает законченную конструкцию усилителя, размещённую в одном корпусе интегральной микросхемы (ИМС). Применение операционных усилителей (ОУ) самое разнообразное – в усилителях различных сигналов, в генераторах сигналов, в частотных фильтрах звукового диапазона, в схемах контроля физических величин (температуры, освещённости, влажности, ветра), и т.д.

Работу операционного усилителя можно сравнить с аптекарскими, или технохимическими весами. Весы отклоняются в сторону той чаши, масса груза на которой больше.

Точно так же работает операционный усилитель, только «образно» правую чашу весов необходимо обозначить знаком «+», а левую обозначить знаком «-«, а измеряемую величину обозначить не граммами, а вольтами.

Как вы догадались, операционный усилитель сравнивает напряжения на его входах «+» — прямом и «-» — инверсном. Если напряжение прямого входа больше, чем инверсного, тогда на его выходе появляется положительное напряжение, в противном случае, когда напряжение инверсного входа больше, чем прямого, – на выходе операционного усилителя будет отрицательное напряжение.

Операционный усилитель на принципиальных схемах изображается так же, как на структурных схемах обозначается обыкновенный усилитель– большим треугольником.

В последнее время всё чаще треугольник заменяют на обычный прямоугольник. Предполагаю, это связано с удобством рисования схем, ведь правильный равнобедренный треугольник рисовать сложнее, чем прямоугольник. Для обозначения типа элемента, в прямоугольнике рисуется знак усилителя – маленький треугольник.

Прямой вход операционного усилителя обозначается знаком «+», а инверсный вход отмечается знаком «-«. Следует знать, что в различной литературе встречается и другое обозначение: инверсный вход обозначается кружком. Это типовое обозначение знака инверсии, которое встречается и в цифровой электронике – логических элементах. Прямой вход не имеет в обозначении кружочка.

Аптекарские весы не способны показать насколько вес груза одной чаши отличается от веса груза другой чаши. Для приблизительного наблюдения за разницей грузов иногда в технохимических весах используют совмещённые со стрелкой специальные отвесы, которые при этом снижают «чувствительность» весов к малым грузам. Точно так же в операционный усилитель вводится отрицательная обратная связь, снижающая его чувствительность к входному сигналу – резистор обратной связи, соединяющий выход с инверсным входом операционного усилителя, как показано на рисунке выше.


Рассмотрим работу операционного усилителя на примере схемы, контролирующей температуру воздуха, или какого либо иного предмета, на который закрепляют терморезистор – чувствительный к температуре радиоэлемент, который уменьшает своё сопротивление при повышении температуры. Схема на операционном усилителе, измеряющая температуру и сигнализирующая о превышении заданного порога температуры изображена на рисунке.

Входы операционного усилителя подключены к двум резистивным делителям напряжения питания, только один из них выполнен на линейных элементах – резисторах, а второй имеет в своём составе нелинейный элемент, изменяющий своё сопротивление в зависимости от температуры. Что такое делитель напряжения, Вы можете узнать в статье Делитель напряжения. По своей конструкции эти четыре резистора выполняют функцию измерительного моста.

Когда температура «нормальная», на средней точке «А» делителя R1 и R2 (инверсный вход ОУ) напряжение больше, чем на средней точке «В» делителя R3 и R4 (прямой вход ОУ), поэтому, на выходе операционного усилителя сигнал низкого уровня – напряжение минимально, транзистор закрыт, а лампочка VL1 не светится.

При повышении температуры сопротивление резистора R2 уменьшается, поэтому уменьшается и напряжение на средней точке «А» делителя R1 и R2. Когда с повышением температуры сопротивление терморезистора упадёт до такого значения, при котором напряжение на средней точке «А» делителя R1 и R2 (инверсный вход ОУ) становится ниже, чем на средней точке «В» делителя R3 и R4 (прямой вход ОУ), на выходе операционного усилителя появится сигнал высокого уровня – напряжение станет максимально, транзистор откроется и лампочка загорится.

Изображённая на рисунке схема контроля температуры является реально действующей схемой, и правильно собранная – работает сразу. Порог температуры срабатывания устанавливается с помощью резистора R4. Питать её можно как от батарей элементов питания, так и от выпрямителей питания. Диапазон питающих напряжений может быть от 6, до 30 вольт.

Если терморезистор R2 закрепить на какой либо поверхности, например радиаторе охлаждения мощного транзистора, вместо лампочки применить обыкновенный компьютерный вентилятор (куллер) на напряжение 12 вольт, то схему можно использовать как устройство автоматического охлаждения чего либо, например мощного транзистора. Вентилятор будет запускаться при достижении определённой температуры, и останавливаться после охлаждения «объекта контроля».

Для снижения чувствительности операционного усилителя подобно специальным отвесам в аптекарских весах, применяется отрицательная обратная связь (ООС), которая выполняется на резисторе (на схеме это — R5). Резистор соединяет выход усилителя с инверсным входом. При увеличении напряжения на выходе усилителя, выходное напряжение передается через резистор на отрицательный вход усилителя, заставляя его понизить выходное напряжение. Чем меньше сопротивление резистора отрицательной обратной связи, тем выше обратная связь, а значит хуже коэффициент усиления операционного усилителя. Значение резистора обратной связи R5 для типа микросхемы предложенной на схеме может быть в пределах от 10 килоом, до 1,5 мегаома. Отрицательная обратная связь делает график зависимости выходного напряжения от входного напряжения более пологим. Эта зависимость показана на левом рисунке-графике.

Если операционный усилитель используется для управления реле системы автоматики, или другой аппаратуры «не терпящей» частых перепадов напряжения, то для исключения частого переключения, или «дребезга» контактов, может использоваться не отрицательная, а положительная обратная связь (ПОС). В этом случае резистор обратной связи соединяет выход усилителя не с инверсным входом, а с прямым. Тогда, при увеличении напряжения на выходе усилителя, выходное напряжение передается через резистор на положительный вход усилителя, заставляя его ещё быстрее повысить выходное напряжение. При таком подключении, срабатывание, как на «включение», так и на «выключение» операционного усилителя происходит при большей разнице напряжений на входных делителях напряжения – разбалансировании измерительного моста, чем при отрицательной обратной связи. Характер переключения усилителя становится более «резким» — имеет более крутой фронт при «включении» и крутой спад при «выключении». Чем меньше сопротивление резистора положительной обратной связи, тем выше обратная связь, а значит больше коэффициент усиления операционного усилителя. Но учтите, чрезмерная положительная обратная связь вызывает искажения выходного сигнала и самовозбуждение операционного усилителя.

При положительной обратной связи (ПОС) появляется побочный эффект – «петля гистерезиса», при котором, включение усилителя происходит при большей разнице входных напряжений, а выключение – при значительно меньшей, по сравнению с усилителем с отрицательной обратной связью. Чем сильнее ПОС, тем петля гистерезиса «прямоугольнее» (правый на рисунке график). Наличие сильной положительной обратной связи превращает схему в триггер Шмитта. Поэтому такой вид обратной связи допускает значительный разброс температуры в системе автоматического регулирования температуры и не пригоден например, для инкубатора, у которого большой разброс температур не допустим.

Операционные усилители могут работать от источника однополярного питания, как было изображено ранее, но вообще они предназначены для двухполярного питания.

Двухполярное питание обязательно в тех схемах, в которых операционный усилитель измеряет как положительные, так и отрицательные напряжения, или измеряемые напряжения сопоставимы с «нулём», например в схемах усилителей гармонического сигнала. В случае двухполярного питания, выходное напряжение операционного усилителя в зависимости от входного сигнала может изменяться в пределах от «-» питания, до «+» питания.

В отдельных типах операционных усилителей при двухполярном питании имеется возможность регулировки «баланса нуля» — состояния, когда при отсутствии входного сигнала на обоих входах, на его выходе не положительное и не отрицательное напряжение, а равно нулю. Для этого имеются специальные выводы микросхем ОУ, куда подключается подстроечный резистор регулирующий баланс нуля.

Ко всем операционным усилителям, работающим в режиме усиления гармонических сигналов для устранения нелинейных искажений, могут подключаться дополнительные элементы – фильтры, состоящие, как правило, из конденсаторов и резисторов. Для каждого типа операционного усилителя схема фильтра своя. Как правило, она приводится в справочниках.


Специально для вас сейчас мы разрабатываем практикум по операционным усилителям, чтобы каждый мог на практике закрепить работу с данным полезным видом микросхем.


                                         


Суммирующий и вычитающий усилители

Сумматор на основе ОУ – инвертирующий усилитель с дополнительными входами (рис.12.6).

В этой схеме также используются свойства мнимой земли

Рис.12.6. Суммирующий усилитель
         Составляя уравнение баланса токов и полагая, что входы ОУ ток не потребляют, имеем:
         Поскольку инвертирующий вход ОУ в этой схеме является мнимой землей, токи можно выразить через напряжения сигналов и сопротивления резисторов следующим образом: 
–UВЫХ / RОС= U1 / R1 + U2 / R2,
UВЫХ = –( U1RОС / R1 + U2RОС / R2).                (12.4)
 Сопротивления резисторов обычно лежит в пределах от 10 до 100 кОм, удобно их выбрать так, чтобы выполнялись равенства RОС = R1 + R2, в этом случае
UВЫХ = –( U1 + U2 ).                            (12.5)
Заметим, что хотя выходной сигнал и равен по величине сумме входных сигналов, все же знак его – обратный, это свойство схем с мнимой землей.
Характерная особенность схемы в том, что входные сигналы не влияют друг на друга.
В схеме дифференциального усилителя (рис.

12.7) входная цепь выполнена так, что подача сигнала обратной связи совмещена с наличием дифференциального входа, фактически эта схема представляет собой комбинацию схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

         Вход UВХ1 является инвертирующим, вход UВХ2 – неинвертирующим. Если вход UВХ2 заземлить, а на вход UВХ1 подать сигнал, то получившаяся схема будет эквивалентна инвертирующему усилителю с коэффициентом усиления напряжения –RОС / R1. Если входы поменять местами, то получится неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения RОС / R1. Относительное ослабление синфазного сигнала, в принципе, может быть таким же большим, каким оно является у самого ОУ, но на практике оно ограничено допусками на сопротивления резисторов.

Рис.12.7. Дифференциальный усилитель
         В случае, если сопротивления всех резисторов в схеме одинаково R1 = R2 = R3 = RОС,
UВЫХ = UВХ2 – UВХ1.                               (12.6)
         Входное сопротивление схемы по инвертирующему входу равно R1, а по неинвертирующему – R2 + R3, приэтом они могут различаться весьма существенно. Но ведь одним из важных применений дифференциального усилителя является подавление с его помощью фона и помех, которые наводятся на проводящих проводах. Если сопротивление источника сигнала не мало, то значительное различие входных сопротивлений становится существенным недостатком.
         Обычно бывает можно пожертвовать оптимальными условиями согласования по постоянному току, беря сопротивления такими, чтобы выполнялись равенства: R2+R3=R1; R2/R3=RОС /R1; при этом входные сопротивления выравниваются, а коэффициент подавления синфазной помехи остается большим. Для получения больших значений этого коэффициента используют дифференциальные усилители на нескольких ОУ.

 

Добавить комментарий

Закрыть меню