8.4Контрольные вопросы.

1. Охарактеризуйте назначение, параметры, характеристики и особенности применения ОУ.

2. Сравните схемы усилителей на ОУ по основным параметрам.

3. Охарактеризуйте неинвертирующий и инвертирующий повторители напряжения и приведите их схемную реализацию.

4. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику ОУ и поясните ее.

5. Как осуществляется и для чего предназначена коррекция частотных характеристик ОУ?

6. Чем определяется максимальное выходное напряжение Uвых ОУ?

Рис. 8.5. Схема исследования инвертирующего усилителя на ОУ

Рис. 8.6. Схема исследования неинвертирующего усилителя на ОУ

9Лр № 8. Исследование линейных вычислительных схем на основе операционных усилителей

Цель работы:

Изучение принципа действия, разработка и исследование схем суммирования, вычитания, интегрирования и дифференцирования на ОУ.

9.1Теоретические сведения.

9.1.1Схема суммирования.

Для суммирования нескольких напряжений можно применить ОУ в инвертирующем включении. Входное напряжение через добавочные резисторы подаются на инвертирующий вход усилителя (рис. 9.1.).

Рис. 9.1. Схема сумматора на ОУ

Поскольку эта точка (инвертирующий вход) является виртуальным нулем, то на основании правила узлов получим следующее соотношение для выходного напряжения схемы:

Uвх1/R1 + Uвх2/R2 +...+ Uвхn/Rn + Uвых/Rос = 0

9.1.2Схема вычитания.

В ычитание сигналов можно свести к сложению с инвертированными вычитаемыми сигналами. Однако более часто используется схема, построения на одном ОУ (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Схема вычитания на ОУ

Для нее справедливо следующее уравнение:

Uвых = Кu1*Uвх1 + Кu2*Uвх2.

При Uвх2 = 0 схема работает как инвертирующий усилитель сигнала Uвх1, выходное напряжение которого Uвых = Кu1*Uвх1. Отсюда следует, что Кг1 = -Roc/R1. При Uвх1 = 0. Схема представляет собой электрометрический усилитель с делителем напряжения.

Выходное напряжение определяется следующей формулой:

Uвых = (Uвх1*R3/(R2 + R3))*(1 + Rос/R1).

Если сопротивление на обоих выходах одинаковы, т.е.

R2 = R3, R1 = Rос,

то выходное напряжение будет равно:

Uвых = Uвх2 -Uвх1,

т.е. схема вычитает входные напряжения.

Погрешность вычисления такой схемы оценивается по коэффициенту ослабления синфазного сигнала: ослабления синфазного сигнала:

G = (1 + Кu)*(Кu/Кu).

9.1.3Схема интегрирования.

Интегратор (см. рис. 9.3.) построен на основе инвертирующего усилителя, в котором резистор обратной связи заменен конденсатором С. В этом случае выходное напряжение описывается выражением:

Uвых(t) = - 1/(R*C)* Uвх(t)dt + Uвых(0),

г де Uвых(0) - начальное условие интегрирования при t = 0.

Рис. 9.3. Схема интегратора на ОУ

Рассмотрим два особых случая. Если входное напряжение постоянно, то изменение выходного сигнала описывается формулой:

Uвых(t) = - 1/(R*C)* Uвх*t + Uвых(0),

т.е. выходной сигнал линейно возрастает со временем и поэтому данная схема пригодна для формирования пилообразного напряжения.

Если входной сигнал представляет собой переменное напряжение, изменяющееся по косинусоидальному закону, то формула для выходного напряжения будет иметь следующий вид:

Uвых(t) = - 1/(*R*C)* Uвх*sin(t) + Uвых(0).

Как видно из этого выражения, амплитуда выходного сигнала обратно пропорциональна круговой частоте. Таким образом, амплитудно-частотная характеристика интегратора в логарифмическом масштабе имеет вид прямой с наклоном 20 Дб на декаду. Это является простым критерием, с помощью которого можно определить, является ли схема интегратором.

В символическом виде зависимость коэффициента передачи интегратора от параметров схемы описывается выражением вида:

Кu = Uвых/Uвх = - (Zс/R) = - 1/(j**R*C).

Отсюда можно получить соотношение для расчета амплитуды выходного сигнала.

Коэффициент обратной связи интегратора является комплексной величиной:

Кu = (j**R*C)/(1+j**R*C).

Определив модуль петлевого усиления интегратора

м ожно оценить точность интегрирования:

При использовании реального ОУ необходимо учитывать входной ток Iвх и напряжение смещения ОУ Uсм. За счет действия этих величин будет изменяться выходное напряжение

dUвых/dt = 1/С * (Uсм/R +Iвх).