Масштабні неінвертувальні підсилювачі

Неінвертувальний підсилювач забезпечує підсилення вхідної напруги U_вх без зміни полярності на виході.

Його можна отримати, якщо вхідний сигнал U_вх подати на неінвертувальний вхід, а на інвер­тувальний вхід напругу з виходу підсилювача подають на резистивний розподілювач R₁R₂ (ввести послідовний ВЗЗ за напругою). На інвертувальний вхід подано напругу зворотного зв'язку U_зз. Диференційна вхідна напруга ОП Uвх_ОП = U_ВХ – U_ЗЗ, тобто зворотний зв'язок негативний.

 

Якщо враховувати, що ОП ідеальний (R_{ВХ ОП} = ∞, І_ВХ = І_ОП =0), отримуємо:

U_зз =І_ЗЗ ∙ R₁ = U_ВИХ∙ R₁ /(R₁ + R₂ ) = β U_ВИХ,

де β = R₁ /(R₁ + R₂ ) – коефіцієнт зворотного зв'язку.

Коефіцієнт підсилення ОП з від'ємним зворотним зв'язком

К_{U ЗЗ} = U_ВИХ / U_ВХ = К_U / (1+ βК_U); при К_U → ∞, К_{U ЗЗ} = 1/ β = (R₁ +R₂)/ R₁ = 1 + R₂ / R₁

Тобто підсилення ОП, що охоплений ВЗЗ залежить лише від співвідношення опорів зовнішніх резисторів і не залежить від коефіцієнта підсилення самого ОП.

Якщо R₂ =0, а. R₁ → ∞, одержимо неінвертуючий повторювач, схему якого

зображено на рис. 4.17.

 

Неінвертувальний та інвертувальний під­силювачі широко використовуються як
високостабільні підсилювачі різного призначення. Причому, неінвертувальний має великий вхідний опір (теоретично нескінченний) і використовується для підсилення сигналів джерел з високим вихідним опором.

 

Масштабні суматори

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

І_вх1 + І_вх2 + І_зз =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_зз)/ R +(u_вх2 – u_зз)/ R=0

Звідки (u_вх1 + u_вх2)=2 u_зз . З врахуванням того, що u_зз = 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)(u_вх1 + u_вх2+…+ u_{вх n})/2 R₁ .

 

 

Інтегрувальний підсилювач (інтегратор)

а) інтегратор б) часові діаграми інтегратора

Виконує операцію інтегрування вхідного сигналу. При цьому вхідний струм і = u_вх /R, струм у колі зворотного зв'язку і_зз – це струм перезаряджання конденсатора

і_зз = С∙du_вих /dt, або u_вх /R= - С∙du_вих /dt.

Звідки отримуємо: u_вих = -1/RС∙ ∫u_вх dt.

На відрізку часових діаграм (0 - t₁), коли u_вх =U > 0 сигнал u_вих < 0 і лінійно зростає (конденсатор С заряджається постійним струмом) u_вих = - (U∙ t₁)/RС. На відрізку (t₁ - t₂)заряджання конденсатора припиняється (і_зз =0), але зберігається досягнуте значення u_вих = U_вих1, причому │ U_вих1 │≤ U_{вих maх}. Починаючи з моменту t₂, коли u_вих = - U₁, струм і змінює напрямок, конденсатор С починає перезаряджатись, вихідна напруга u_вих = U_вих1 +(- U₁) ∙ (t₁ - t₂) /R лінійно зростає. За великою тривалістю дії вхідного сигналу вихідний змінює знак і збільшується до тіх пір, доки ОП не ввійде до насичення (u_вих = U_{вих maх}).

При подачі на вхід постійної напруги u_вх =U₀, струм, що заряджає конденса­тор, має постійну величину U_вх /R (не залежить від ступеня заряду кон­денсатора) і конденсатор заряджається рівномірно, а вихідна напруга зростає лінійно (пропорційна до тривалості часу інтегрування t, рис.13,а).

u_вих = -1/RС U₀ dt.

Тривалість інтегрування визначається часом перехідного процесу, що виникає в ланці R-C при поданні u_вх , а швидкість інтегрування (нахил прямої) визначається сталою часу τ = RС.