2.2.3. Содержание отчета

1. Тема и цель работы.

2.2.3.2. Принципиальная схема усилительного каскада.

2.2.3.3. Результаты исследований переходных характеристик усилителя U_ВЫХ = f (U_ВХ, R_ОС).

2.2.4. Контрольные вопросы

1.4.1. Назовите основные характеристики ОУ и области их применения.

2.1.4.2. Нарисуйте неинвертирующую схему включения ОУ и объясните назначение её элементов.

2.2.4.3. Для чего применяется неинвертирующая схема усилителя на ОУ с коэффициентом усиления равным единице? Как она называется? Нарисуйте схему.

2.1.4.4. Какова полярность входного напряжения U_ВХ инвертирующего усилителя по сравнению с выходным напряжением U_ВЫХ? Как измениться синусоидальный сигнал при прохождении через неинвертирующий усилитель?

2.1.4.5. Какие элементы схемы определяют коэффициент усиления неинвертирующего усилителя? Напишите формулу для его вычисления.

2.1.4.6. Какова величина выходного напряжения U_ВЫХ при R_ОС = 47 кОм, R₁ = 10 кОм и U_ВХ = 1В?

ЛИТЕРАТУРА. [1] – c. 98…101, [2] – с. 150…160, [3] – с. 198…202, [4] – с. 62…68, [5] – с. 83…92.

2.3. Операционный суммирующий усилитель

Цель работы – исследовать работу схем инвертирующего и неинвертирующего сумматоров напряжения на операционном усилителе.

2.3.1. Краткие теоретические сведения

Суммирующий усилитель складывает любое требуемое число напряжений в аналоговой форме, учитывая их знаки.

Из–за гальванической связи между элементами схемы построение полноценного сумматора напряжений на пассивных элементах – резисторах невозможно.

Известны две схемы сумматоров напряжения на ОУ: инвертирующий сумматор и неинвертирующий сумматор.

Инвертирующий сумматор.

Схема рис.2.3.1. выполняется по типу инвертирующего усилителя (см. лабораторную работу № 2.1) с числом параллельных ветвей на входе, равным количеству сигналов предназначенных для сложения. Входные напряжения через резисторы R₁…R_n подаются на инвертирующий вход усилителя, который в этой схеме является суммирующей точкой. Поскольку эта точка является виртуальным нулем (неинвертирующий вход заземлен, а ),а входной ток операционного усилителя всегда остается равным нулю, то токи создаваемые входными напряжениями, будут суммироваться и течь через резистор R_ОС:

(2.3.1)

Если все резисторы взять одинаковыми, то

(2.3.2)

Соотношение (2.3.2.) отражает равноправное весовое участие слагаемых в их сумме. Суммирование может производиться и с соответствующими весовыми коэффициентами для каждого из слагаемых:

(2.3.3)

это достигается применением различных значений сопротивлений резисторов во входных цепях.

Суммирование входных напряжений можно также проводить с любым постоянным смещением. Для этого на один из входов подается постоянное напряжение смещения.

Рис. 2.3.1. Инвертирующий сумматор на ОУ.

Неинвертирующий сумматор

Неинвертирующий сумматор может быть реализован путем последовательного соединения схемы рис. 2.3.1 и инвертора (см. рис. 2.1.1). Однако он выполняется проще (рис. 2.3.2) на основе схемы рис. 2.2.1.

Рис. 2.3.2. Неинвертирующий сумматор на ОУ.

При напряжение на обоих входах ОУ равны и составляют

U₊ = U_- = . При равенстве нулю тока по неинвертирующему входу (R_{ВХ ОУ} = ) имеем

или

откуда . (2.3.4)

Выбор параметров схемы производят исходя из равенства единице первого сомножителя в правой части выражения (2.3.4):

(2.3.5)

На рис. 2.3.3. представлена схема реализованного в стенде сумматора напряжения на ОУ включающая в себя схему инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, работающих на один выход. Равенство величин всех входных резисторов (R₇,R₈,R₉,R₁₀) в схеме отражает равное весовое участие слагаемых в их сумме, а равенство величины резисторов R₇,R₈ резистору обратной связи (R_ОС = R₁₁) обеспечивает коэффициент передачи инвертирующего усилителя для каждого суммируемого сигнала равный единице, что в свою очередь обеспечивает прямое сложение величин напряжений входных сигналов. Равенство всех резисторов схемы и равное количество входов у инвертирующего и неинвертирующего сумматоров позволяют обеспечить выполнение равенства (2.3.5) и следовательно равноправное прямое сложение входных напряжений неинвертирующего сумматора.

Следует отметить, что для правильно работы схемы неинвертирующего сумматора необходимо чтобы при отсутствии сигналов на входах инвертирующего сумматора данные входы были заземлены. Для работы инвертирующего сумматора заземление не задействованных входов неинвертирующего сумматора не требуется.

Рис. 2.3.3. Схема комбинированного сумматора напряжений на ОУ реализованная в лабораторном стенде.