Примечание к рисункам

На рисунках использованы упрощенные схемотехнические обозначения, поэтому следуе помнить, что несущественные детали (соединения с цепями питания, выбор ОУ в пределах одного корпуса) опущены.

Резисторы, используемые в данных схемах, имеют типичное сопротивление порядка кОм. Использование резисторов с сопротивление менее 1 кОм нежелательно, так как они могут вызвать чрезмерный ток, перегружающий выход ОУ. Резисторы более 1 МОм могут внести повышенный тепловой шум и сделать схему чувствительной к случайным ошибкам вследствие токов смещения.

3. Инвертирующий усилитель

Принципиальная схема, показанная на рисунке является наиболее распространенной схемой включения ОУ.

Рис.8.

Резистор R₂в цепи обратной связи служит для передачи части выходного сигнала обратно на вход. При подаче входного напряжения (U₁) через резистор R₁протекает входной ток i₁. Напомним, что входное напряжение ОУ (U) имеет дифференциальный характер, т.е. фактически это разность напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах усилителя. Неинвертирующий вход чаще всего заземляют. Чтобы получить передаточную характеристику, учтем тот факт, что потенциал U₁практически равен нулевому потенциалу. Входная цепь: i₁=U₁/R₁, выходная цепь: i₂= - U₂/ R₂Т.к. ОУ - идеальный (R_вх - очень большое): i₁= - i₂, отсюда U₁/R₁=U₂/R₂Коэффициент усиления k_ус= - U₂/U₁= - R₂/R₁Тогда выходное напряжение будет равноU₂ = - (R₂ / R₁) U₁ Отношение номинальных значений резисторов R₂/ R₁ называется коэффициентом передачи усилителя, охваченного обратной связью, а знак минус означает, что выходной сигнал инвертирован. Следует обратить внимание, что коэффициент усилителя, охваченного обратной связью, можно установить посредством выбора сопротивлений двух резисторов, R₁и R₂.

4. Неинвертирующий и суммирующий усилитель

Если в усилителе, охваченном отрицательной обратной связью через резисторы R₁и R₂, напряжение подавать нанеинвертирующий вход, как показано на рисунке слева, то мы получим неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления k_ус= 1 + R₂/R₁. Схема, показанная на рисунке справа, работает как суммирующий усилитель.

и

Рис.9.

Учитывая знаки напряжений, получим такую функцию преобразования

U₂ = (R₂ / R₁)U₄ - (R₂ / R₁)U₃ - (R₂ / R₃)U₂ - (R₂ / R₄)U₁

В заключение заметим, что суммирующий усилитель можно использовать как цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), если номиналы резисторов R₁, R₃, R₄ будут последовательно расти по степеням числа "2" , как R_N=2^N-1.

5. Преобразователь ток-напряжение

Рис.10.

Входное напряжение в этой схеме U_вх= - U_вых/k_ус=I^.R/k_ус, а выходное U_вых= - I^.R - пропорционально входному току. Входное сопротивление R_вх- очень мало т.к. R_вх=R /k_ус и не влияет на схему, в которой проводится измерение тока. Отметим также, что напряжение на выходе практические не зависит от нагрузки.

6. Преобразователь напряжение-ток

Рис.11.

Ток I, протекающий через резистор нагрузки, не зависит от сопротивления нагрузки R_н, но прямо пропорционален входному напряжению. Таким образом схема является источником тока (гальваностатом) , управляемым напряжением. Недостатком данной схемы является невозможность заземлить R_н.

7. Интегратор

а. б.

Рис.12.

Схема интегратора, показанная выше (слева), одновременно является активным фильтром нижних частот (ФНЧ). Справа приведена интегрирующая RC - цепочка, являющаяся пассивным ФНЧ, и ее амплитудно-частотная характеристика (АХЧ). При подаче на вход импульса прямоугольной формы (рисунок справа) на выходе мы увидим импульс с передним и задним фронтами, "затянутые" по экспоненциальному закону:

Приближенно, при временах, меньших RC, на выходе получим проинтегрированный входной сигнал:

При синусоидальном сигнале его форма не меняется, при этом амплитуда уменьшается при частотах порядка 1/RC: