Б.И. Дубовик. Конспект лекций по электронике для студентов направления 550200 (Автоматизация и управ. Б.И. Дубовик. Конспект лекций по электронике для студентов напра. Конспект лекций для студентов направления 550200 (Автоматизация и управление) специальности

• Название: Конспект лекций для студентов направления 550200 (Автоматизация и управление) специальности
• Анкор: Б.И. Дубовик. Конспект лекций по электронике для студентов направления 550200 (Автоматизация и управ.doc
• Дата: 07.05.2018
• Размер: 0.94 Mb.
• Имя файла: Б.И. Дубовик. Конспект лекций по электронике для студентов напра.doc
• Тип: Конспект лекций; #18969
• Категория: Электротехника. Связь. Автоматика
• страница: 7 из 16

рис. 3.5.1. Инвертирующий усилитель на ОУ.

 

Если предположить, что ОУ работает в линейном режиме, можно использовать эквивалентную схему, представленную на рис. 3.5.2. Напряжение U₁ равно нулю, т.к. клемма (+) заземлена. Если U_Г – положителен, то положительным будет и напряжение U₂. Если же напряжение U₂ положительно, то U_ВЫХ становится отрицательным. За счет цепи ОС через R_ОС происходит снижение U_ВЫХ и уменьшение U₂. В конце концов достигается равновесие, при котором U₂ устанавливается положительным и достаточным, чтобы напряжение U_ВЫХ больше не возрастало. Если усиление ОУ без ОС велико, то точка равновесия для U₂ близка к нулю даже при больших U_Г.



рис. 3.5.2. Эквивалентная схема усилителя на ОУ.

 

Обозначим равновесное значение U₂ через . Ток генератора будет выражаться через:

 

i_Г = U_Г - /R_Г                           (3.5.1)

 

Т.к. входной ток i _ = 0, то

 

i_Г = i_ОС                                        (3.5.2)

 

По закону Кирхгофа для напряжений находим:

 

U_ВЫХ =  - i_ОСR _ОС                               (3.5.3)

 

Далее, подставляя (3.5.2) в (3.5.1), а (3.5.1) в (3.5.3) получаем:

 

U_ВЫХ =  - U_Г -  = - U_Г + 1 +         (3.5.4)

Т.к. при U₂ = , и U₁ = 0 справедливо равенство

 

U_ВЫХ = - А                                       (3.5.5)

 

То подставляя (3.5.5) в (3.5.4) окончательно получаем

 

-А - (1+) = -U_Г

 

U_Г =

Т.к. А >> , то U_Г = 0 и значит  = 0. С учетом этого выражения (3.5.1) можно записать в виде

i_ГU_Г/R_Г

 

В соответствии с (3.5.5) выражение (3.5.3) можно заменить приближенным

U_ВЫХ - i_ОСR_ОС

или

U_ВЫХ - U_Г

 

Т.о. схема ведет себя как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равным -

Область U_ВЫХ для линейной области работы ограничивается также требованием  . А это налагает ограничения на величины R_ОС, R_Г и U_Г, а именно



ОУ можно использовать для усиления сигнала без инвертирования (рис. 3.5.3):



рис. 3.5.3. Схема усилителя на ОУ без инвертирования.

 

Т.к. ток i ₊ = 0, то U₊ = U_Г

Далее, поскольку i _ = 0, то соотношение между U_ и U_ВЫХ определяется делителем напряжения

 

U_ =

 

Но т.к. разность между U₊ и U_ при наличии ОС близка к нулю, следовательно U₊ = U_ или

 

U_Г =

или

U_ВЫХ =

 

Если сопротивление R₂ очень большое, коэффициент усиления неинвертирующего усилителя близок к 1. Действительно, если  и , то получим схему повторителя.



рис. 3.5.4. Схема повторителя на ОУ.

 

С помощью ОУ можно складывать и вычитать аналоговые сигналы

(рис. 3.5.5).



рис. 3.5.5. Схема суммирования сигналов.

 

Поскольку U₊ = 0 (т.к. вход (+) заземлен), то U_ = U₊ = 0. Два входных тока определяются по соотношениям:

 

I₁ =

 

₂ =

 

Т.к. вх одной то к I_ = 0, то по закону Кирхгофа для токов имеем:

 

_ОС = I₁ + ₂

Отсюда

U_ВЫХ = - R_ОС_ОС = - ()        (3.5.6)

Схема, осуществляющая вычитание приведена на рисунке 3.5.6.



рис. 3.5.6. Схема вычитания сигналов.

 

Сопротивление обратной связи R₃ ,подключенное к отрицательному входу, обеспечивает линейность режима работы. Отношение U₊ и U₂ определяется делителем напряжения на R₂ и R₄ .

U₊ =                     (3.5.7)

 

Вследствии линейности режима U_ = U₊ можно найти

 

I₁ =

 

Т.к. входной ток равен 0, то ток I₃ = I₁ . Отсюда:

 

U_ВЫХ = U₊ - ()R₃        (3.5.8)

 

Подставляя (7) в (8) получаем:

 

U_ВЫХ =

 

Если R1 = R2 = R3 = R4, то

U_ВЫХ = U₂ - U₁.
Лекция № 23. Методики расчета основных схем на операционных усилителях.

 

План лекции.

 

1.     Методика расчета резисторов для суммирующих и вычитающих цепей;

2.     Методика расчета каскадов усилителей низкой частоты на операционных усилителях.

 

На рисунке представлена схема в общем виде с n входами на (+) и m на (-) ОУ (рис. 3.6.1)