Применение операционных усилителей

Традиционными областями применения ОУ является решающая аналоговая техника, аппаратура обработки сигналов, радиовещательные устройства и др., в которых часто требуется выполнение операторных уравнений при замыкании выхода ОУ на инвертирующий вход с помощью пассивных цепей отрицательной обратной связи.

Сумматор.

На вход подаются через ; ; входные сигналы ; ; . Кроме того в точку Р через подается часть выходного напряжения .

Суммарное напряжение на входе усилителя (в точке Р) определяется равенством (рисунок 73,а)

,

где .

При наличии одинаковых сопротивлений на выходе получают алгебраическую сумму напряжений. Пример: микшер – сигналы с трех микрофонов, которые должны усиливаться общим усилителем.

а) б) Рисунок 73

. Таким образом, выходное напряжение пропорционально сумме входных напряжений.

Масштабный усилитель.

Назначение усилителя – изменение масштаба электрической величины посредством умножения входного сигнала на некоторый постоянный коэффициент, (рисунок 73,б).

Уровень выходного напряжения (масштаба) устанавливается соотношениями сопротивлений и весового коэффициента.

Интегрирующий усилитель (интегратор).

а) б) Рисунок 74

Выходное напряжение интегратора пропорционально интегралу от входного напряжения, можно получить заменой активного сопротивления обратной связи в масштабном усилителе конденсатором С (рисунок 74,а)

Во время переходного процесса в цепи R, C, протекающего при подаче на вход схемы сигнала , усилитель работает в линейном режиме. Этому режиму соответствует процесс интегрирования. Если принять, что , то в схеме существует полная отрицательная связь и . Поэтому ток, протекающий через резистор R, определяется по формуле .

Так как ток идеального ОУ не втекает, то и напряжение на конденсаторе или, что то же самое, на выходе усилителя определяется выражением

,

Если к входу ОУ приложить напряжение в виде скачка с постоянной амплитудой , то

,

где – постоянная времени интегратора.

В соответствии с выражением интегрирующий усилитель можно использовать для получения линейно–изменяющегося напряжения, что применяется при проектировании высокоточных генераторов пилообразного напряжения на ОУ.

Дифференциальный усилитель (дифференциатор).

Так как все напряжение источника выходного сигнала практически приложено к конденсатору С , то значение тока , протекающего через конденсатор, определяется как (рисунок 74,б)

По, той же причине, что и для интегратора, и

,

где – постоянная времени дифференциатора.

Поскольку емкость С может быть достаточно малой, дифференциатор является усилителем высокочастотных сигналов.

Компаратор напряжений

Компараторное включение ОУ используется для сравнения напряжения источника сигнала с опорным сигналом . Компараторный режим ОУ обычно используется без внешних цепей отрицательной обратной связи с подачей сравнивающих сигналов на один или оба входа усилителя (рисунок 75,а).

В промежутке от выполняется неравенство поэтому и напряжение на выходе компаратора .

В момент времени входной сигнал достигает порогового значения

а затем превышает его, чему соответствует наличие отрицательного потенциала на инвертирующем входе ОУ сопровождающийся переключением компаратора в другое состояние, при котором .

Моменту времени , при котором выполняется равенство соответствует неустойчивый линейный режим усилителя компаратора (рисунок 75,б)

При этом наклон переходной характеристики определяется собственным коэффициентом усиления . Поэтому отсутствие в ОУ ООС способствует увеличению скорости переключения компаратора.

Рисунок 75

Точность сравнения напряжений увеличивается с увеличением их амплитуд. Сопротивление балансирующего резистора в цепи неинвертирующего входа определяется по формуле

.

Логарифмический усилитель

Логарифмическая передаточная функция реализуется включением в цепь ООС ОУ р – n перехода (рисунок 76).

Рисунок 76

ВАХ которого описывается . Для идеального ОУ и ,с учетом этого имеем , откуда .

Таким образом, из этого уравнения получим:

.