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