Применение интегральных схем
17.1. Цель работы.
17.1.1. Изучить принцип действия интегральных инвертирующих
усилителей и компараторов сигналов.
17.2. Основные теоретические сведения.
Операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении широко применяются для построения сложных функциональных схем.
Как правило, ОУ выполняются по многокаскадной схеме с омическими связями между каскадами. Первый каскад выполняется по
дифференциальной схеме, а последний - по схеме с общим коллектором.
Современные ОУ в интегральном исполнении обладают большим
входным и малым выходным сопротивлениями и очень высоким коэффициентом усиления.
В различных схемах ОУ работают с глубокой обратной связью
(ОС). При больших значениях Кu и глубокой ОС зависимость между входным и выходным сигналами определяется в основном характером ОС. Поэтому, изменяя характер ОС, можно получить различные Функциональные схемы.
Рассмотрим некоторые типовые схемы с использованием OУ.
Масштабирующий усилитель.
Масштабирующие усилители применяются в вычислительной технике, когда необходимо изменить сигнал в определенном соотношении. На рис. 17.1. приведена схема такого усилителя с инвертированием входного сигнала. Сигнал Uвх через резистор RI подается на инвертирующий вход, который охвачен отрицательной ОС с помощью резистора Roc. Неинвертирующй вход соединен с нулевой точкой (заземляется).
![]() |
Рис. 17.1.
Для данного усилителя коэффициент усиления равен:
Кu = - Uвых/Uвх = - Rос/R1.
Компаратор сигналов.
Компаратором называется схема для сравнения двух напряжений (рис. 17.2.).
![]() |
Рис. 17.2.
На неинвертирующий вход усилителя подается неизменное по величине напряжение, называемое опорным Uоп. На инвертирующий вход подается изменяющееся во времени напряжение Uвx.
В схеме компаратора используется свойство усилителя изменять полярность выходного напряжения в зависимости от знака разности напряжений на входах. Поясним это на примере временной диаграммы (рис. 17.2.). В интервале времени O-t1, Uоп > Uвх, это значит, что потенциал неинвертирующего входа выше, чем инвертирующего. Следовательно, Uвых совпадает по фазе с Uоп (Uвых >0) и в связи с тем, что коэффициент усиления разомкнутого ОУ 104 – 105, устанавливается на уровне Uпитания. В момент времени t > t1, когда Uвх – Uоп потенциал инвертирующего входа выше не инвертирующего Uвых < 0, т. е. отстает по фазе от Uвх на 180°, а устанавливается на уровне –Uп. Изменение полярности выходного напряжения происходит в момент времени t1, когда Uвх = Uоп.
Поскольку коэффициент усиления ОУ достаточно высок в момент сравнения Uвх и Uоп из-за шумов возможно многократное переключение выходного напряжения ОУ. Чтобы исключить такой режим характеристике компаратора искусственно придают гистерезис (рис. 17.3.).
Ширина петли гистерезиса Ср должна превышать уровень шума и определяться из выражения вида:
R1
Ср = DUвх = ---------- (Uвых мах – Uвых min).
R1 + R2
Такие схемы используются для преобразования формы сигнала,
получения прямоугольных импульсов и т.п.
![]() |
Рис. 17. 3.
17.3. План работы.
![]() |
17.3.1. На основе ОУ А1 соберите схему инвертирующего усилителя. Исследуйте его работу (рис. 17.4.).
Рис. 17.4.
17.3.2. На основе А1 постройте компаратор напряжений. Поясните назначение всех элементов схемы, исследуйте ее. (Рис. 17.5.).
![]() |
17.3.3. Разработайте схему выключения света при возрастании освещенности. Испытайте ее (рис. 17.6.).
Рис. 17.5.
![]() |
Рис. 17.6.
18. Лабораторная работа N18