Студопедия — Напряжение на выходе усилителя
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Напряжение на выходе усилителя






 

,

откуда

тогда

(9)

При ,

(10)

Из этого выражения следует, что и для этой схемы коэффициент усиления также определяется только параметрами цепи обратной связи и не зависит от параметров ОУ. В схеме имеет место последовательная обратная связь по напряжению, при которой входное сопротивление Rвх/ = (1+bК) Rвх (порядка десятков и сотен мегаОМ). Выходное сопротивление, наоборот, очень мало и составляет доли Ом. Если сопротивление обратной связи R2 =0, то Uвых - Uвх и неинвертирующий усилитель превращается в повторитель напряжения.

Операционные усилители используют не только для усиления или выполнения разнообразных математических операций (суммирования, дифференцирования, интегрирования и др.), но и и в качестве элементов автогенераторов, импульсных и измерительных устройств, источников питания и т.д. Рассмотрим некоторые примеры такого использования.

2.1.4. Компаратор

Компаратором называется устройство, предназначенное для сравнения входного напряжения с заданным (опорным) напряжением.

а) схема б) функция сравнения

Рис. 4. Компаратор напряжений

На рис.4а при одинаковых сопротивлениях R, потенциал на инвертирующем входе будет равен полусумме величин U1 и Еon и будет равен нулю, если U1 = -Eon. В этом случае Uвых = 0 и оба диода заперты. Если теперь увеличить входное напряжение на величину D U1, то потенциал инвертирующего входа станет положительным и на входе появится отрицательное напряжение Uвых. При этом откроется диод D2.

Напряжение на открытом диоде – величина практически постоянная, равная примерно U*» 0,7 В (для кремниевого диода). То есть выходное напряжение после отпирания диода (а также принимая во внимание, что U- =0) равно –U* независимо от значения U1. Если D U1 < 0, то отпирается диод D1, выходное напряжение делается равным + U* и тоже не зависит от U1. Из рис.4б видно, что выходное напряжение фиксируется на уровнях ± U*, причем отпирание диодов происходят при крайне незначительном отклонении напряжения U1 от on. То есть, чувствительность компаратора, определяемая из , составляет единицы микровольт. Например, если К0 =105, то чувствительность ~7 мкВ. Поэтому характеристика компаратора будет иметь ступенчатый характер, при прохождении (и сравнения) меняющегося входного напряжения и фиксации их равенства выходное напряжение ОУ будет скачком меняться от + U* до –U*. Переход Uвых из одного состояния в другое показывает, когда и в каком направлении Uвх пересекает опорный уровень напряжения. В частном случае, когда Еon =0, компаратор называют нуль – индикатором.

Компаратор является простейшим элементом, выполняющим аналого-цифровое преобразование. Он сравнивает два напряжения (входные аналоговые величины) и выдает на выходе сигнал, подчиняющийся законам двоичной логики. Если вместо одиночных диодов D1 и D2 использовать последовательные диодные цепочки, то выходное напряжение будет соответственно больше. Если вообще не включать диоды, то выходные уровни компаратора будут равны + Е и –Е, а чувствительность составит . При этом значения U1, отличающиеся от –Еon на величину, большую чувствительности, соответствует нелинейному режиму ОУ.

 

2.1.5. Избирательные усилители на основе ОУ

Для изменения амплитудно – частотной характеристики усилителя с обратной связью широко применяют частотно – зависимую отрицательную обратную связь. Одним из примеров является избирательный усилитель с отрицательной обратной связью с помощью двойного Т-образного моста (рис.5). Двойной Т-образный мост имеет коэффициент передачи напряжения

 

(11)

 

а )принципиальная схема ОУ б)амплитудно-частотная характеристика

Рис5.

 

Вводя расстройку по частоте и пренебрегая при малых относительных расстройках единицей в (11) получаем следующее приближенное выражение для коэффициента передачи:

 

или (12)

Предполагая коэффициент усиления основного усилителя отрицательным и равным – К0, получаем коэффициент передачи усилителя с двойным Т-образным мостом:

 

(13)

 

Амплитудно-частотные характеристики двойного Т-образного моста и избирательного усилителя с двойным Т-образным мостом приведены на рис.5. Из рисунка видно, что при частотах входного сигнала w, отличных от некоторой частоты w0, коэффициент передачи моста b ® 1 и усилитель оказывается охваченным глубокой отрицательной обратной связью. При этом коэффициент усиления усилителя согласно (13) стремится к единице. По мере приближения частоты входного сигнала w к частоте w0 коэффициент передачи моста b уменьшается (ослабляется обратная связь), что вызывает увеличение коэффициента усиления ОУ К. На частоте w0 влияние обратной связи полностью исчезает и b =0, а К достигает своего максимального значения. Эту частоту называют квазирезонансной. Данные свойства двойного Т-образного моста проявляются при определенных соотношениях его параметров, например, когда С3 =2С. При этом квазирезонансная частота .

В схеме на рис.5а резистор R4 защищает от пробоя вход ОУ, а R2 задает требуемый коэффициент усиления К.

В заключении можно рассмотреть другие варианты схемы ОУ с обратной связью рис.2а. Если заменить R2 конденсатором С1, то получим схему интегратора. Ток через резистор R1 будет равен (напомним, что U-» 0). Этот ток заряжает емкость и создает на нем падение напряжения, одновременно являющееся входным:

 

(14)

 

На основе интеграторов выполняют генераторы линейно изменяющегося напряжения, например, они используются в качестве генераторов напряжения развертки электронно-лучевых осциллографов.

Если заменить сопротивление R1 конденсатором С1, то получим схему дифференциатора. В этом случае Uвх =Uс, а заряжающий конденсатор ток . Этот ток, не заходя в усилитель, полностью проходит через сопротивление R2, создавая на нем напряжение, являющееся выходным:

 

(15)

 

 
 

На рис.5 показано пороговое устройство, работающее аналогично триггеру Шмитта.

а) схема б) передаточная характеристика

Рис.6 Пороговое устройство

Обозначим коэффициент передачи цепи обратной связи:

 

 

Из передаточной характеристики видно, что в начальном состоянии выходное напряжение случайно приобретает одно из двух предельных значений: 1 или –Е2. Пусть для определенности это будет 1. При подаче положительных U1, но меньших U0+, выходное напряжение не измениться, так как разность U1 - U0+ останется отрицательной. U только при U1» U0+ входное напряжение станет близким к нулю, а выходное напряжение начнет уменьшаться. Соответственно начнет уменьшаться потенциал U0 = bUвых, а вместе с ним и входное напряжение. Получается лавинообразный процесс, в результате которого выходное напряжение примет второе устойчивое значение –Е2. Поскольку U1 за время лавинообразного процесса не изменилось и осталось равным U0+, входное напряжение запишется:

Дальнейшее увеличение U1 не влияет на величину U2. Если теперь уменьшить величину U1 до нуля и дальше, то выходное напряжение не изменится до тех пор, пока U1 не станет равным U0+. После этого опять произойдет лавинообразный процесс и выходное напряжение вернется к значению Е1. В отличие от триггера Шмитта передаточная характеристика данной схемы двуполярная (а при равенстве Е1 = Е2 еще и симметричная относительно оси U1).

Пороговое устройство служит основой для построения широкого класса импульсных схем: генераторов прямоугольных и пилообразных колебаний, формирователей и т.д. Аналогичным путем можно строить схемы, выполняющие другие операции.

 







Дата добавления: 2015-10-01; просмотров: 550. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Логические цифровые микросхемы Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...

Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения...

Билет №7 (1 вопрос) Язык как средство общения и форма существования национальной культуры. Русский литературный язык как нормированная и обработанная форма общенародного языка Важнейшая функция языка - коммуникативная функция, т.е. функция общения Язык представлен в двух своих разновидностях...

Патристика и схоластика как этап в средневековой философии Основной задачей теологии является толкование Священного писания, доказательство существования Бога и формулировка догматов Церкви...

Основные симптомы при заболеваниях органов кровообращения При болезнях органов кровообращения больные могут предъявлять различные жалобы: боли в области сердца и за грудиной, одышка, сердцебиение, перебои в сердце, удушье, отеки, цианоз головная боль, увеличение печени, слабость...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия