Типи операційних підсилювачів (Браммер с.96)

Аналогові схеми на базі ОП

Враховуючи,що ОП мають малий діапазон лінійного підсилення вхідного сигналу, то на практиці ці підсилювачі використовуються з ланками від'ємного зворотного зв'язку. Це значно розширює діапазон підсилення, а також забезпечує регулювання величини вихідної напруги. Таким чином здійснюється масштабування вхідного сигналу.

 

Масштабні інвертувальні підсилювачі

У цьому випадку вхідна напруга подається на інвертувальний вхід ОП (рис.3.9), а вихідна напруга u_вих ОП змінюється в протифазі до вхідної u_вх (у випадку синусоїдного сигналу фаза змінюється на 180°). В схемах таких підсилювачів від'ємний зворотний зв'язок реалізується через елемент R₂ на інвертувальний вхід ОП з метою зменшення коефіцієнта підсилення розімкненого ОП. Наявність такого зв'язку призводить до того, що завжди у стані рівноваги u_вих.оп = 0. Тоді, за другим законом Кірхгофа

u_вх - u_вх.оп = R₁ і _вх , u_вих - u_вх.оп = R₂ і _зв.з ,

і _вх = u_вх / R₁, і _зв.з = u_вих / R₂.

Враховуючи, що R_вх.оп = ∞, то і _оп = 0 і відповідно і _вх = - і _зв.з , тобто

u_вх / R₁ = - u_вих / R₂. Звідси отримаємо, що для такого підсилювача коефіцієнт підсилення за напругою

К_u = u_вих /u_вх = R₂/R₁= 1/β,

де β = R₁ / R₂ - передатний коефіцієнт ланки зворотного зв'язку ОП.

Необхідно визначити, що коефіцієнт підсилення ОП зі зворотним зв'язком не залежить від частоти сигналу.

Рисунок 3.9 – Масштабний інвертувальний підсилювач:

а) схема; б) передатна характеристика

 

Масштабні неінвертувальні підсилювачі

У цьому випадку вхідний сигнал подається на неінвертувальний вхід ОП (рис.3.10), вихідна напруга u_вих ОП має такий самий знак як і вхідна, а зворотний зв'язок забезпечується через елемент R₂ на інвертувальний вхід ОП.

Оскільки в цьому випадку і _вх = і _оп = 0, то за умови, що u_вх.оп = 0, отримаємо

u_вх = u_зв.з = u_вих ∙(R₃/(R₂ + R₃)), де β = R₃/(R₂ + R₃).

Тоді коефіцієнт підсилення для такого підсилювача буде визначатись

Рисунок 3.10 – Масштабний неінвертувальний підсилювач:

а) схема; б) передатна характеристика

Масштабні суматори

На основі ОП шиоко використовуються схеми інвертувальних та неінвертувальних суматорів. На рис.3.11 показано схеми інвертувального та неінвертувального суматорів.

Рисунок 3.11 – Схема інвертувального (а) та неінвертувального (б) суматорів

 

Розглянемо роботу інвертувального суматора. Враховуючи особливості роботи інвертуючого підсилювача, запишемо за першим законом Кірхгофа

і_вх1 + і_вх2 + і_зв.з =0

Виразивши струми через напруги, отримаємо:

- u_вих /R₃ = u_вх1 /R₁ + u_вх2 /R₂.

Звідки

u_вих = - (u_вх1 R₃ /R₁ + u_вх2 R₃ /R₂).

Переважно, в схемах суматора опори вхідних резисторів приймають однаковими за величиною (R₁ = R₂ = R), тоді вихідна напруга

u_вих = - R₃ /R (u_вх1 + u_вх2).

Отже, вихідна напруга ОП буде визначатись сумою вхідних напруг із відповідним масштабним множником.

Якщо вхідні сигнали подавати на неінвертувальний вхід ОП (рис.11,б), то отримаємо схему неінвертувального суматора.

Враховуючи, що R_{вх оп} = ∞, отримаємо за першим законом Кірхгофа

і_вх1 + і_вх2 =0

Або визначивши струми через вхідні напруги за другим законом Кірхгофа,

(u_вх1 – u_зв.з)/ R +(u_вх2 – u_зв.з)/ R= 0.

Звідки (u_вх1 + u_вх2)=2 u_зв.з. З врахуванням того, що u_зв.з = β u_вих,

де β = R₁ / (R₁ + R₂),отримаємо

u_вих = (R₁ + R₂)(u_вх1 + u_вх2)/2 R₁ .

Якщо неінвертувальний суматор має n входів, то вихідна напруга такого суматора, буде визначатись

u_вих = ((R₁ + R₂)/nR₁ )∙(u_вх1 + u_вх2+…+ u_{вх n}).