Инвентирующий ОУ. Неинвентирующий ОУ. Интегрирующий ОУ. Дифференцирующий ОУ. Компаратор.

Операционным усилителем (ОУ) называют дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенный для выполнения различных операций над электрическими сигналами при работе в схемах с отрицательной обратной связью. имеет два входа: не инвертирующий (Н) и инвертирующий (И). Их названия связаны с тем, что в первом случае входное напряжение находится в фазе с выходным, а во втором случае – в противофазе.

Для построения различных усилителей применяют операционные усилители с отрицательной обратной связью. В зависимости от того, на какой из входов подается усиливаемое напряжение, различают не инвертирующий и инвертирующий усилители.

В не инвертирующем усилителе (рис. 8.27) входное напряжение подается на не инвертирующий вход, а с выхода усилителя через делитель R1, R2 на инвертирующий вход подается напряжение отрицательной обратной связи. Обычно выполняются условия R2 >> Rвых и R1 < Rвх. (. Значки «» символизируют наличие очень большого коэффициента усиления у операционного усилителя.) Для идеального ОУ ( ) коэффициент усиления не инвертирующего усилителя можно найти из следующего соотношения:

откуда

рис 8.27 Схема не инвертирующего усилителя

 

При построении инвертирующего усилителя (рис. 8.28) входное напряжение и напряжение обратной связи подаются одновременно на инвертирующий вход, а другой вход (не инвертирующий) обычно заземлен. Для идеального ОУ, когда можно пренебречь входным током iвх. оу, входной ток i1 инвертирующего усилителя примерно равен току обратной связи i2. Поскольку для идеального ОУ потенциалы инвертирующего и неинвертирующего входов можно считать одинаковыми, то можно считать, что uвх = R1 i1, uвых = R2 i2, а следовательно, uвх / R1 = – uвых / R2. Из этого уравнения следует:

Рис. 8.28. Схема инвертирующего усилителя

На рис. 8.30 изображена схема дифференцирующего усилителя. Нетрудно показать, что для идеального ОУ: i1 = Сduвх /dt, а i2 = uвых / R, поэтому, учитывая, что i1 = –i2, получим

uвых = –R С duвх/dt.

Рис. 8.30. Схема дифференцирующего усилителя

Для интегрирующего усилителя (интегратора) (рис. 8.31) справедливы соотношения: i1 = uвх/ R и i2 = Сd uвых /dt, поэтому

Рис. 8.31. Схема интегрирующего усилителя

Интеграторы часто используются в генераторах линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), так как при подаче на их вход постоянного напряжения на выходе интегратор можно получить линейно изменяющееся напряжение.

Компаратор на ОУ

Формулы для компараторной схемы будут следующие:

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логической единице.

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логическому нулю.

Схема компаратора обладает высоким входным сопротивлением (импедансом) и низким выходным.

Рассмотрим для начала вот такую схему включения операционника в режиме компаратора. Эта схема включения лишена обратной связи. Такие схемы применяются в цифровой схемотехнике когда нужно оценить сигналы на входе, выяснить какой больше и выдать результат в цифровой форме. В итоге на выходе будет логическая 1 или логический ноль (к примеру 5В это 1 а 0В это ноль).

Допустим напряжение стабилизации стабилитрона 5В, на вход один мы приложили 3В а к входу 2 мы приложили 1В. Далее в компараторе происходит следующее, напряжение на прямом входе 1 используется как есть (просто потому что это неинвертирующий вход) а напряжение на инверсном входе 2 инвертируется. В результате где было 3В так и остается 3В а где был 1В будет -1В.

В результате 3В-1В =2В, но благодаря коэффициенту усиления операционника на выход пойдет напряжение равное напряжению источника питания, т.е. порядка 15В. Но стабилитрон отработает и на выход пойдет 5В что соответствует логической единице.

Теперь представили, что на вход 2 мы кинули 3В а на вход 1 приложили 1В. Операционник все это прожует, прямой вход оставит без изменений, а инверсный (инвертирующий) изменит на противоположный из 3В сделает -3В.

В результате 1В-3В=-2В, но согласно логике работы на выход пойдет минус источника питания т.е. -15В. Но у нас стоит стабилитрон и он это не пропустит и на выходе у нас будет величина близкая нулю. Это и будет логический ноль для цифровой схемы.