Устройства аналоговой и импульсной электроники на основе ОУ

Высокое качество параметров современных ОУ позволяет без существенных ошибок при расчете устройств с ОУ, принимать К_{u oy}→∞, R_вхоу →∞, R_выхоу →0, т.е считать ОУ идеальным.

На основе ОУ с введением разменных ОС можно построить самые различные усилители, компараторы (устройства сравнения), устройства для реализации арифметических и алгебраических функций, генераторы сигналов различной формы в автоколебательном и ждущем режиме, интеграторы, дифференциаторы и т.д и т.п

Инвертирующий усилитель (ИНУ)

Схема ИНУ приведена на рис. 6.1. U_вых противоположно по знаку относительно U_вх. Цепи питания и коррекции не показаны.

Здесь с помощью резистора R_ос создана параллельная ООС, т.е. часть U_вых подается на инвертирующий вход ОУ.

Рисунок 6.1 – Инвертирующий усилитель на ОУ

Для ОУ имеем

U_{вых оу} = К_{u oy} U_вхоу = К_{u oy} U_д

Тогда

и, если К_{u оу} →∞, то U_д →0, .е. U_д=0.

Реально U_вхоу = U_д нулю не равно. Но это настолько малая величина, что ею можно пренебречь. Пример: ОУ типа К140УД24 имеет К_{u oy} = 10⁶. Тогда при U_выхоу = 10В (близко к U_выхт) получим U_вхоу = U_д = = 10^-5В = 10мкВ. Если U_д = 0 (виртуальный нуль), то точку а можно соединить с нулевой точкой, как показано на рис.6.1 пунктиром. В этом случае источником входного сигнала схема ИНУ воспринимается, как имеющая входное сопротивление R₁. т.е.

R_вхину = R₁ или R_вхос = R_1.

По первому закону Кирхгофа для узла а имеем

I₁ = I_ос + I^- = I_ос,

т.к. I^-₁ = 0 (R_вх). Но I₁ = , I_ос и тогда

(6.1)

Введем коэффициент усиления ИНУ, как K_{u ос} и тогда из (6.1) получим

К_{u ос} = (6.2)

Вывод: К_{u ос} определяется только соотношением сопротивлений делителя R_ос, R₁, R_вхос = R_1.

Масштабирующий усилитель. Инвертор полярности

Если R_ос>R₁, то U_вых= U_вх = К_{u ос}·U_вх, т.е имеем инвертирующий масштабный усилитель с масштабными коэффициентом К_{u ос} =

Если R_оc=R₁, К_{u ос} = -1 , т.е. схема приобретает свойства инвертора полярности входного напряжения с R_вхос = R₁.

Неинвертирующий усилитель (НИУ)

Схема приведена на рис.6.2.

Рисунок 6.2 – Неинвертирующий усилитель на ОУ

Здесь введена последовательная ООС по напряжению (на инвертирующий вход), а входное напряжение подано на неинвертирующий вход, U⁺=U_вх, а I_вх=0, т.к. R_вхоу →∞.

Поскольку дифференциальное напряжение U_д=0 (как и в ИНУ можно ввести виртуальную перемычку, показанную пунктиром) то а но, с другой стороны, I_ос будет

Тогда Отсюда и найдем

(6.3)

Неинвертирующий повторитель напряжения

Если в схеме НИУ взять и убрать , т.е , получим неинвертирующий повторитель с .

Это устройство (рис 6.3) используют для развязки каскадов. НИУ используют для усиления сигналов источников с высоким выходным сопротивлением (источников тока).

Рис 6.3 – Неинвертирующий повторитель на ОУ