Дифференциальные усилители постоянного тока. Операционные усилители

.

В этой схеме выходной сигнал находится в фазе с входным. Коэффициент усиления по напряжению не может быть меньше единицы. Если устремить к бесконечности, а приблизить к нулю, то коэффициент усиления . Такие схемы называют неинвертирующими повторителями и изготавливают серийно в виде отдельных ИМС по нескольку усилителей в одном корпусе. Входное сопротивление этой схемы в идеале - бесконечно. У повторителя на реальном операционном усилителе это сопротивление конечно, хотя и весьма велико. Схема инвертирующего повторителя напряжения приведена на рис.8.

Рис.8. Повторитель напряжения

Неинвертирующий повторитель напряжения является усилителем тока и мощности. Так как входное дифференциальное напряжение , то .

Инвертирующий сумматор.

Для суммирования нескольких напряжений можно применить операционный усилитель в инвертирующем включении. Входные напряжения через добавочные резисторы подаются на инвертирующий вход усилителя (рис.9).

Рис.9. Инвертирующий сумматор на ОУ

Поскольку эта точка является виртуальным нулем, то на основании 1-го закона Кирхгофа при нулевых входных токах идеального ОУ получим следующее соотношение для выходного напряжения схемы:

    (1)

Так как , следовательно:

, , … , и . Подставив значения токов в (1), получим:

.    (2)

После преобразований (2) получим:

 или

 .

 Здесь - коэффициент усиления сигнала, поступающего на i-тый вход. С помощью этого усилителя можно суммировать сигналы с разными коэффициентами усиления.

4. Интегратор на основе ОУ.

Наиболее важное значение для аналоговой вычислительной техники имеет применение операционных усилителей для реализации операций интегрирования. Как правило, для этого используют инвертирующее включение ОУ (рис.11).

Рис.11. Схема инвертирующего интегратора

Исходя из первого закона Кирхгофа, запишем: . Так как согласно свойству идеального ОУ , то .

Учитывая, что при принятых допущениях дифференциальное входное напряжение , то ток , а ток через конденсатор С:

.          (1)

 

Для конденсатора С можно записать:

 

   (2)

где - постоянная интегрирования.

Поскольку при работе ОУ в режиме усиления дифференциальное входное напряжение , то напряжение на конденсаторе и напряжение на выходе схемы равны. С учетом последнего сделав замену в (2), получим:

Постоянный член определяет начальное условие интегрирования. С помощью схемы включения, показанной на рис.12, можно реализовать необходимые начальные условия. Когда ключ S1 замкнут, а S2 разомкнут, эта схема работает так же, как цепь, изображенная на рис.11. Если же ключ S1 разомкнуть, то зарядный ток при идеальном ОУ будет равен нулю, а выходное напряжение сохранит значение, соответствующее моменту выключения. Для задания начальных условий следует при разомкнутом ключе S1 замкнуть ключ S2. В этом режиме схема моделирует инерционное звено и после окончания переходного процесса, длительность которого определяется постоянной времени R3C, на выходе интегратора установится напряжение:

.          (3)

 

 

Рис.12. Интегратор с цепью задания начальных условий

После замыкания ключа S1 и размыкания ключа S2 интегратор начинает интегрировать напряжение U1, начиная со значения, определяемого по выражению (3).