Неинвертируемые упт.

О У с отрицательной обратной связью по напряжению, где часть выходного напряжения подается на инвертирующий вход. Как видим, входное напряжение может подаваться в цепь инвертирующего входа или на неинвертирующий вход ОУ относительно общей шины источников питания.

ОУ с отрицательной обратной связью, где а – инвертирующий усилитель; б – неинвертирующий усилитель постоянного тока.

Инвертирующий усилитель постоянного тока. Так как коэффициент усиления K_u ОУ очень большой, входное дифференциальное напряжение ОУ U_вх.д = U_вых / K_u практически равно нулю. Значит мысленно можно считать, что инвертирующий вход соединен с общей шиной источников питания ОУ. Говорят, что на инвертирующем входе действует потенциал виртуального (воображаемого) нуля. Тогда входной ток схемы I = U_вх / R₁. Этот ток полностью уходит через резистор обратной связи R₂ в выходную клемму в ОУ, так как входные токи ОУ I_вх^- и I_вх⁺ считаем равными нулю.

На резисторе R₂ появляется падение напряжения R₂ I. Так как это падение напряжения действует относительно виртуального нулевого потенциала, то его можно считать выходным напряжением:

,или ,где – коэффициент передачи (усиления) схемы а, где знак минус означает, что усилитель инвертирующий.

Н еинвертирующий усилитель постоянного тока

Найдем коэффициент передачи схемы, пользуясь очевидными соотношениями: U_вх.д = U_вых / K_u→0; U_вх = U_вых ∙ R₁ / (R₁ + R₂), откуда

Как видим, коэффициенты передачи (усиления) по напряжению инвертирующего и неинвертирующего усилителей практически по величине не отличаются. Принципиальное отличие последнего заключается в том, что он не инвертирует входной сигнал U_вх (знак «минус» в формуле отсутствует).

Принципиальные электрические схемы входных дифференциальных усилителей интегрального ОУ, где а – вариант схемы с пассивной резистивной нагрузкой; б – вариант схемы с активной динамической нагрузкой.

М ногие интегральные ОУ имеют специальные дополнительные выводы для подключения потенциометра, с помощью которого можно устранить сдвиг выходного напряжения или, что то же самое, провести балансировку схемы. Но не меньше интегральных ОУ не имеют таких выводов, поэтому балансировку ОУ проводят посредством введения во входную часть схемы на ОУ некоторого напряжения, которое полностью подавляет сдвиг нуля.

Способы балансировки инвертирующего (а, б) и неинвертирующего (в, г) усилителей.

ШИМ.

Широтно-импульсные модуляторы (ШИМ) применяются для передачи данных с датчиков первичной информации на большие расстояния и управления электроприводом постоянного тока.

Рассмотрим классический ШИМ на основе генератора треугольного напряжения (ГТН) и компаратора.

На рис. представлены схема ШИМ и диаграммы напряжений, поясняющие его принцип действия.

В качестве компаратора используется ОУ DA1 с защитой дифференциального входа от перенапряжения. Выходной сигнал ОУ нормируется стабилитроном DA3. Компаратор сравнивает входное напряжение U_вх с опорным треугольным напряжением U_∆(t). Как видим из рис. б, если U_вх>U_∆(t), то выходное напряжение компаратора положительно (U_вых.m=U_ст.VD3). Когда U_вх<U_∆(t), выходное напряжение U_вых=U_пр.VD3<0 и его можно считать примерно равным нулю.

Воспользовавшись правилом подобия треугольников, из диаграммы напряжений, представленных на рис.б, можно записать:

, откуда получим ,

г де T₁ – длительность импульса положительной полярности; U_∆ – амплитуда симметричного треугольного напряжения, U_вх – входное напряжение.

Широтно-импульсный модулятор с опорным ГТН и компаратором, где а – функциональная схема, б – диаграммы напряжений U_∆(t), U_вх(t) и U_вых(t) при симметричном треугольном напряжении; в – те же диаграммы напряжений при смещенном опорном треугольном напряжении

Выходным сигналом U_вых являются прямоугольные импульсы, следующие со скважностью S:

из которого следует важный вывод, что скважность S не зависит от частоты треугольного напряжения . Очевидно, что 0<|U_вх|<U_∆.

Если в схеме ГТН U_см=U_∆R₁/(R₁+ R₂), из правила подобия треугольников (см. рис. в) получим:

или

Теперь скважность следования положительных импульсов определится следующим образом:

где 0<|U_вх|<2U_∆.

На рис. 5.2 хорошо видно различие в функциях преобразования ШИМ с ГТН без смещения и со смещением U_см=U₀R₁/(R₁+ R₂).

Рис. 5.2. Проходные характеристики S₁=f(U_вх) и S₂=f(U_вх) двух вариантов ШИМ, где R1, R2 – резисторы ГТИ