Масштабирующий инвертирующий ОУ

Такой ОУ выполняет операцию масштабирования(умножения, деления) и на его основе строится П - регулятор.

Схема:

В схеме: I1 - ток создаваемый Uвх

I0 - ток создаваемый цепью обратной связи при R0

U0 - разность напряжений между инвертирующим и не инвертирующим входом.

Iвх - входной то ОУ.

Т. к. коэф. усиления Коу≈∞, U0≈0, Iвх≈0 и по 1-му закону Кирхгофа I1= I0.

На этом свойстве основана работа всех ОУ в системах автоматики.

 

Т. к. I1 = , I0 = , то

 

Uвых = * Uвх

Если обозначить = Км - коэф. масштабирования, то

 

Uвых = Км* Uвх

 

В рассматриваемой схеме Км > и < 1 (меньше и больше 1)

 

 

Интегрирующий ОУ

Он выполняет ф-цию интегратора входного сигнала (ф-цию интегрирования)

 

 

В схеме ; =>

=>

Если принять, что ∫ от лев. части = Uвых(t) и -R1Cо=Tи- постоянная времени интегрирования, то

,(интеграл от 0 до t).

Принцип действия интегратора поясним графически:

 

На вход подаются прям.импульсы длительности от 0 до t1 и от t2 далее

При подаче на вход прямого импульса на выходе будет формироваться напряжение = интегралу от пост.входного напряжения.

Т.к. Uвых не м.б. > питания в момент t’ происходит насыщение Uвых и это длится до t1. В момент времени t1 Uвх становится =0, при этом Uвых с пост.временем ti будет спадать до 0.

 

 

Дифференцирующий ОУ

Выполняет дифференцирование входного сигнала то есть на выходе формируется сигнал пропорциональный первой производной от входного сигнала.

В схеме (t) =

(t) = -

Исходя из принципа действия ОУ запишем (t) = -

Если обозначить - =Tg Tg – постоянная диффер-ия

(t) = Tg

Принцип действия дифференцирующего ОУ. Рассмотрим на графике.

Если на вход диф-его ОУ подать линейно нарастающее напряжение в интервале времени (0, ) в соответствии с принципом действия на выходе получим постоянные отрицательные напряжения.

 

 

Компаратор

Компаратор – устройство, на котором в системах автоматики выполняется сравнение 2 сигналов, какой из них больше. Схема компаратора:

 

Т.к. в схеме отсутствует обратная отрицательная связь (R0=∞), коэффициент масштабирования km тоже близок к 0. Поэтому входной сигнал Uo=Uвх-Uоп≈0. Принцип работы устройства: в момент, когда входные сигналы≈ между собой происходит переключение выхода в 0 или +Uпит. Принцип действия рассмотрим на графиках:

В соответствии с графиком в течение времени от 0 до t1

Uвых=+Uпит («1»). В интервале от t1 до t2 Uвых=0 («0»). На основе компараторов строятся шим-модуляторы.

Шим-модулятор преобразует значение аналогового напряжения (Uоп=) в соответствующую длительность импульса . Если изменять Uоп= на выходе модулятора получим прямоугольные импульсы соответственной длительности. В шим-модуляторах в качестве используется неизменяющееся пилообразное U. Uоп= - это то U, которое необходимо преобразовать в длительность импульса. Принцип действия шим модулятора на графиках:

 

Триггер Шмидта

В системах автоматики триггер Шмидта выполняет функцию релейного регулятора. Схема имеет вид:

В схеме действует положительная обратная связь по напряжению. Обратная связь-это передача в данном случае напряжения с выхода устройства на его вход. Обр. связь бывает положительная, если напряжение поступающее с выхода складывается с напряжением поступающим на вход. При отрицательной обратной связи напряжение поступающее с выхода вычитается из напряжения, поступающего на вход. В рассмотренной схеме напряжение с выхода через делитель R₁ и R₂ поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Напряжение положительной обратной связи U_пос снимается с R₁. Это напряжение принимает 2 значения:

 

Принцип действия триггера Шмидта рассматривается на графиках:

Переключение происходит в момент приблизительного равенства переменного U_вых и напряжения положительной обратной связи U_пос

В интервале времени от 0 до t₁ напряжение на инвертирующем входе меньше чем на неинвертирующем, следовательно U_вых положительное. Это состояние удерживается до тех пор, пока переменная U_вх не достигнет значения U₂(U_пос). В момент совпадения произойдет переключение выхода на обратное состояние, т.е. - U_вых. Это состояние будет удерживаться до момента t₂ , когда переменная U_вых сравнивается с U₁ (U_пос). и т.д.

В результате для входного сигнала (~U_вх). Есть зона нечувствительности (сх. нереагирует на изменение вх. сигнала).

Статическая характеристика триггера Шмидта имеет вид: