Неинвертирующий усилитель на ОУ

Усиливает напряжение (умножает напряжение на константу, большую единицы)

§ (на практике — входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм)

§ Третий резистор с сопротивлением, равным (сопротивление параллельно соединенных резисторов R₁ и R₂), устанавливаемый (при необходимости) между точкой подачи входного сигнала и неинвертирующим входом, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.

Суммирующий усилитель на ОУ

Суммирует (с весом) несколько напряжений. Сумма на выходе инвертирована, то есть все веса отрицательны.

§ Если , то

§ Если , то

§ Выход инвертирован

§ Входной импеданс n-го входа равен (Поскольку является виртуальной землей)

14Интегрирующий усилитель (интегратор) – это такой усилитель (рис. 3.8), выходное напряжение которого пропорционально интегралу от входного напряжения. Его можно получить заменой активного сопротивления обратной связи R_ОС в масштабном усилители реактивным элементом (конденсатором С).

Рисунок 3.8 – Интегрирующий усилитель на базе ОУ

Во время переходного процесса в цепи R₁, С, протекающего при подаче на вход схемы сигнала U_вх, усилитель работает в линейном режиме. Этому режиму соответствует процесс интегрирования. Если принять, что К_U→∞, то в схеме существует полная отрицательная обратная связь и U_вх=0. Поэтому ток, протекающий через резистор R₁, определяется по формуле

Поскольку ток во вход идеального ОУ не втекает, то и напряжение на конденсаторе или, что то же самое, на выходе усилителя (U_вх =0) определяется выражением:

Если к входу ОУ приложить напряжение в виде скачка с постоянной амплитудой U_вх, то

где R₁C – постоянная времени интегратора (τ = R₁C).

В соответствии с этим уравнением интегрирующий усилитель может быть использован для получения линейно изменяющегося напряжения, что применяется при проектировании высокоточных генераторов пилообразного напряжения на ОУ.

Дифференциатор

Дифференциатор используется тогда, когда надо получить выходной сигнал, пропорциональный скорости изменения входного.

Идеальный дифференциатор

Рисунок 5. Схема инвертирующего дифференциатора на ОУ.

Для идеального ОУ напряжение на конденсаторе U_c равно входному напряжению U_вх, а ток через сопротивление обратной связи R равен току через конденсатор C, т.е.

ί_R = – ί_c. В этом случае выходное напряжение

U_вых = R·ί_R = – ί_c·R=–R·C(dU_вх/dt).

Пример дифференцирования.Подадим на вход сигнал треугольной формы:

Рисунок 6. Временные диаграммы напряжения на входе и на выходе

дифференциатора.

Выходной сигнал - это прямоугольное напряжение, частота которого равна частоте входного сигнала

Таким образом, любому линейно изменяющемуся сигналу на входе дифференциатора соответствует постоянный выходной сигнал, величина которого пропорциональна крутизне входного сигнала; этот выходной сигнал остается постоянным в течение всего времени, пока входной сигнал сохраняет постоянный наклон.

Реальный дифференциатор

Рисунок 7. Инвертирующий дифференциатор на ОУ.

Резистор Rк и емкость C образуют дифференцирующую цепочку с частотой среза fc₁ = 1/2π∙Rк∙С.

Резистор R и емкость Cк образуют интегрирующую цепочку с частотой среза

Fc₂ = 1/2π∙R∙Ск.

Типичная логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) реального дифференциатора на ОУ показана на рисунке 8.

Рисунок 8. ЛАЧХ реального дифференциатора

Частотная характеристика реального дифференциатора представляет собой частотную характеристику полосового фильтра с подъемом и спадом 20 дб/декада и с коэффициентом усиления, большим единицы.

В области частот меньших частоты среза fc₁ = 1/2π∙Rк∙С возможно дифференциирование входного напряжения.

В полосе частот от fc₁ до fc₂ реальный дифференциатор можно рассматривать как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления K_U = - R/Rк.

В области частот больших частоты среза fc₂ = 1/2π∙R∙Ск возможно интегрирование входного напряжения.

Компараторы

Компараторы предназначенные для сравнения величин двух аналоговых сигналов.

Рис.1. Схема компаратора

На один вход компаратора подается опорное напряжение Uоп, а на другой входной сигнал с напряжением Uвх.

Дифференциальное напряжение Uдиф = Uоп – Uвх.

Если Uвх >Uоп, то Uдиф < 0 и выходное напряжение будет отрицательным и равно Uвых = - Uвых макс.

Если Uвх <Uоп, то Uдиф > 0 и выходное напряжение будет положительным и равно Uвых = + Uвых макс.

Когда входной сигнал в процессе изменения становится больше или меньше опорного, то напряжение на выходе компаратора изменяется скачкообразно.

Рисунок 9. Временная диаграмма работы компаратора.