ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Подготовлено Степановым К. С. Степанов Константин

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Подготовлено Степановым К. С. Степанов Константин Сергеевич

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ • Операционные усилители (ОУ) – это усилители, которые должны выполнять какую либо операцию над аналоговыми величинами: инвертирование, сложение, умножение, деление, интегрирование, и т. п. В основе ОУ лежит идеальный усилитель постоянного тока (УПТ) с обратными связями.

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ • • Идеальный УПТ имеет бесконечно большие: входное сопротивление, коэффициент усиления, полосу пропускания. бесконечно малые: выходное сопротивление, задержку распространения сигнала

Усилитель постоянного тока • На входе УПТ обычно стоит дифференциальный каскад. Дифференциальный усилительный каскад представляет собой симметричную двух транзисторную схему с объединенными эмиттерами, имеющую два входа и предназначенную для усиления только разности двух входных сигналов

Дифференциальный каскад

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Степанов Константин Сергеевич

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ • Учитывая виртуальные нули ОУ, имеем: • Отсюда , Тогда

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ • Таким образом, коэффициент передачи схемы определяется только внешними сопротивлениями. • Рассмотрим инвертирующий сумматор

инвертирующий сумматор

инвертирующий сумматор • Так как ОУ практически идеален и работает в линейном режиме, то выходное напряжение по принципу суперпозиции можно определить как сумму выходных напряжений от воздействия каждого входа. Учитывая, что входной ток ОУ равен нулю, имеем I = I 1+ I 2+ I 3+…+ In. Тогда

инвертирующий сумматор • Сумматор можно было бы выполнить и без применения ОУ. Однако в этом случае результат зависел бы от сопротивления нагрузки, а Uвых получилось бы значительно меньшим любого из Uвх.

Неинвертирующий усилитель

Эта схема называется неинвертирующим масштабным усилителем. Так как здесь напряжение обратной связи подводится к инвертирующему входу, а сигнал подается на неинвертирующий вход, входное сопротивление схемы оказывается очень высоким.

Повторитель Эта схема обладает достоинствами идеального повторителя напряжения, имеющего очень высокое входное и очень низкое выходное сопротивления.

Вычитатель Следовательно, т. е. схема выполняет операцию вычитания ,

Интегратор осуществляет интегрирование входного сигнала а). Интегратор на ОУ б). Интегратор на RC элементах

Интегратор • Передаточная частотная характеристика (зависимость коэффициента передачи схемы от частоты входного сигнала) для схемы а) имеет вид • Вид коэффициента передачи говорит о том, что данная схема осуществляет интегрирование входного сигнала. Аналогичный вывод можно получить и записав выражение для токов:

Интегратор • для схемы б) • АЧХ с ОУ и с пассивной RC цепью имеют вид

Интегратор • Из рисунка видно, что область интегрирования интегратора с ОУ значительно шире области интегрирования простейшей RCцепочки, для которой область интегрирования начинается с ω>>1/RC.

Дифференциатор осуществляет дифференцирование входного сигнала

Дифференциатор • для схемы а) можно записать • С другой стороны, частотный коэффициент передачи дифференциатора с ОУ равен • что в частотной области характеризует идеальное дифференцирование

Дифференциатор • Для пассивной RC-цепочки рисунок б) частотный коэффициент передачи имеет вид

Дифференциатор В RC- цепочке область дифференцирования ограничена сверху частотой

Логарифмический а) и антилогарифмический б) усилители

Логарифмический и антилогарифмический усилители • ВАХ диода при UД>0 описывается уравнением • Исходя из равенства имеем Схема выполняет операцию логарифмирования

Логарифмический и антилогарифмический усилители • Для Uвх<0 следует изменить полярность включения диода. Установкой последующего масштабного усиления можно изменять основание логарифма. Для схемы рис. б) имеем • т. е. схема выполняет операцию антилогарифмирования.

Перемножитель Использование предыдущих схем позволяет выполнять такое казалось бы нелинейное преобразование, как перемножение. На рисунке показана блок-схема такого устройства.

Благодарю за внимание Степанов Константин Сергеевич