- •Лабораторная работа №5 исследование схем, выполненных на операционном усилителе
- •3. Неинвертирующий усилитель с обратной связью
- •6. Компаратор
- •7. Интегратор
- •8. Мультивибратор
- •9. Генератор линейно изменяющегося напряжения (глин)
- •Лабораторная работа №6 исследование логических элементов и цифровых схем
3. Неинвертирующий усилитель с обратной связью
Неинвертирующий усилитель с обратной связью усиливает входное напряжение в К раз, сохраняя знак входного напряжения (см. рис. 5.4). Для этого в ОУ вводится последовательная отрицательная обратная связь по напряжению (ООС), при которой на вход ОУ подается разность напряжений: входного UВХ и напряжения обратной связи UООС (UВХ1 = UВХ – UООС).
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя с ООС
КОС = ,
где β = – коэффициент передачи звена ООС;
К = – коэффициент усиления ОУ без ООС.
Полагая К весьма большим и βК 1, получают
К = .
Отсюда следует, что при большом коэффициенте усиления самого ОУ коэффициент усиления с ООС определяется лишь параметрами элементов обратной связи.
4. Инвертирующий усилитель с обратной связью
Инвертирующий усилитель с обратной связью (см. рис. 5.5) усиливает входное напряжение в К раз и изменяет знак напряжения на противоположный. Для этого в ОУ вводится параллельная ООС по напряжению, при которой на входе из входного тока IВХ1 вычитается ток обратной связи IВХ2.
Полагая IВХ = 0, получают I1 = I2.
Считая ОУ идеальным и принимая UВХ = 0, определяют:
IВХ1 =; IВХ2 = ;
; К = .
5. Сумматор
В сумматоре (см. рис. 5.6) отсутствует взаимное влияние входных сигналов. Это происходит вследствие того, что инвертирующий вход имеет практически нулевой потенциал.
Выходное напряжение
UВЫХ =UВХ1.
Выходное напряжение равно сумме входных, каждое из которых помножено на свой коэффициент усиления. Знак минус показывает, что наряду с суммированием происходит инвертирование полярности сигналов.
В цепи одного из входов обычно устанавливается сопротивление R6. Оно не влияет на коэффициент усиления и вводится, когда это необходимо, для уменьшения изменений выходного напряжения, вызванных временными или температурными колебаниями входных токов.
Сопротивление R6 выбирают таким, чтобы эквивалентные сопротивления, подключенные к входам ОУ, были одинаковы. Если токи входов равны и изменяются на одинаковую величину, то создаваемые ими падения напряжения не создадут дифференциального сигнала и не вызовут дополнительного смещения нуля.
6. Компаратор
Компаратор (см. рис. 5.7) предназначен для сравнивания двух напряжений, поступающих на его входы. Одно из сравниваемых напряжений, называемое опорным, может быть неизменным по величине, а другое обычно изменяется во времени. В зависимости от знака разности входных напряжений на выходе компаратора устанавливается максимальный () или минимальный () уровень напряжения.
Компаратор переключается в моменты равенства UВХ1 = UВХ2, и выходные напряжения имеют форму прямоугольных импульсов. Ширина этих импульсов при заданной амплитуде синусоиды зависит от величины UВХ2. Таким образом, простейший компаратор может служить преобразователем синусоидального напряжения в прямоугольное.
7. Интегратор
В интеграторе (см. рис. 5.9) выходное напряжение пропорционально интегралу от входного напряжения. Во время переходного процесса в цепи R2-С, протекающего при подаче на вход схемы сигнала UН в виде скачка напряжения, интегрирующий усилитель (интегратор) работает в линейном режиме. Этому режиму соответствует процесс интегрирования:
UВЫХ = – ,
где τ = R2C – постоянная времени.
Если входное напряжение постоянно, то
UВЫХ = – UВХ .
Перед началом интегрирования интегратор надо «сбросить» на ноль. Это обусловлено тем, что вследствие неидеальности ОУ на конденсаторе С может быть накоплен значительный заряд, который вызывает появление выходного напряжения, близкого к максимально достижимому. Для сброса на ноль параллельно с конденсатором С подключают размыкающий контакт кнопки.
Интеграторы широко применяют при создании генераторов линейно изменяющегося и синусоидального напряжений, в качестве фильтров низких частот и пр.