Операционные усилители

Операционными усилителями наз – усилитель имеющий дифференциальный вход или усилитель постоянного тока с одним выходом, выходные параметры которого зависят только от цепей внешней обратной связи.

Условное обозначение:

ОУ имеет два входа один выход из которых назинвертирующим, которая обозначается знаком инверсии «О» и не инвертирующим. Питается ОУ от двухполярного источника питания. Обозначается:

Благодаря этому выходной сигнал может принимать положительные и отрицательные значения относительно общего провода.

Важнейшим свойством ОУ является то, что при одинаковых значениях напряжения на входах, выходное напряжение равно нулю.

Существует понятие идеального и реального ОУ. Идеальный ОУ имеет следующие характеристические параметры:

Кус=

Rвх=

Rвых=0

Ширина полосы пропускания = 

Реальный ОУ имеет параметры близкие к идеальным:

Кус до 10

Rвх до 1ГОм

Rвых десятки Ом

Ширина полосы пропускания до десяти мГц

В ОУ обратная связь может быть подана на инвертирующий или неинвертирующий вход. В первом случаи - это отрицательная обратная связь (ООС). Во втором – положительная обратная связь (ПОС).

Если входной сигнал подать на не инвертирующий вход в усилитель с ООС, то он будет называться неинвертирующим.

R2ос- сопротивление обратной связи. От еге величины зависит глубина обратной связи. Чем его величина больше, тем обратная связь меньше, и наоборот.

Кус=Uвых/Uвх= (R1+ R2)/ R1

Если входной сигнал подать на инвертирующий вход в усилитель с ООС, то он будет называться инвертирующим.

Кус=Uвых/Uвх=-( R2/ R1)

Определить, какой усилитель является инвертирующим, а какой нет, можно определить на какой из входов подаёться входной сигнал.

Амплетудная характеристика не инвертирующего (1) и инвертирующего (2).

Компаратор

Это устройство, выполненное на ОУ и предназначенное для сравнения двух сигналов.

Принципиальная схема такого усилителя:

Особенности схемы:

В этой схеме усилитель без обратной связи, поэтому Кус приближается к, а значит, что даже незначительная разница между напряжениями Uвх1и Uвх2 приводит к заходу усилителя в области насыщения.

Компаратор может иметь два устойчивых состояния выхода в каждое из которых он переходит скачком в зависимость от уровня напряжений на входах.

Табличное состояние компаратора:

Uвх1> Uвх2 Uвых<0

Uвх1> Uвх2 Uвых>0

Выходное напряжение компаратора имеет такой знак на каком из входов плюсовом или минусовом напряжение больше.

При одинаковых напряжениях на входе напряжение выхода равно 0.

Передаточная характеристика компаратора:

ТРИГГЕР ШМИТТА.

Триггером называется устройство, имеющее 2 устойчивых состояния выхода, каждое из которых, переходящее скачком, но с некоторой задержкой называемой гистерезисом.

Чтобы построить триггер на ОУ достаточно организовать в нем положительную обратную связь, которая обеспечит задержку переключения выходного сигнала при изменении входного сигнала на величину ширины этой петли определятся величиной сопротивления ПОС ( Rпос). Чем больше величина сопротивления, тем уже петля гистерезиса.

1

Uвх

Uвых

R1

R1=R2

U1=Uнас/2 – прикладывается к неинвертируещему входу

Uвх=Uнас

Uвх

+Uнас

При изменении входного сигнала, согласно временной диаграмме в положительную сторону, даже на небольшую величину выходное напряжение резко приймет значения «-Uнас». Делитель R1, R2 разделит это напряжение пополам, которое через точку 1 подается на неинвертирующий вход, что вводит ОУ в еще большее отрицательное напряжение насыщения, так будет продолжаться до тех пор, пока входной сигнал не изменит свою полярность, и не станет равным по величине напряжению в т 1 Uн, как только это произойдет Uвых станет равным, а следовательно U1=0 и отрицательное Uвх , подданное на инвертирующий вход, введет ОУ в «+Uнас».

Передаточная характеристика триггера Шмитта.

а - ширина петли гистерезиса. Она зависит от соотношения резистора R1и R, которое определяет величину напряжения подоваемого на неинвертирующий вход. Чем больше это напряжение, тем шире петля.