Операционные усилители находят широкое распространение в современной электронике. Они выполняются в виде интегральных микросхем и имеют два входа – инвертирующий и неинвертирующий. С помощью операционных усилителей можно производить различные аналоговые математические операции: сложение и вычитание с весовыми коэффициентами, дифференцирование и интегрирование. Отсюда они и получили название «операционные». ОУ имеют большой коэффициент усиления от нескольких тысяч до сотен тысяч. Они используются в различных электронных устройствах: предварительные усилители в УНЧ, компараторы, активные фильтры, эквалайзеры, источники опорного напряжения и т.д.
ОУ включаются в различные схемы обычно с использованием отрицательной обратной связи (ООС). Существуют два основных способа включения ОУ в схему. В первом случае сигнал подается на инвертирующий вход, а во втором – на неинвертирующий. Определим коэффициент усиления с обратной связью Кос для обоих случаев.
Первый случай, когда сигнал подается на инвертирующий вход, изображен на рис.2.12.
|
|
Рис.2.12. Схема включения операционного усилителя при подаче сигнала на инвертирующий вход
Коэффициент усиления при разомкнутой ООС
, (1)
отсюда
Uвых.= - КуиUвх.ос
Входное напряжение ОУ Uвх.ос складывается из двух слагаемых, первое из которых образуется за счет воздействия входного сигнала, а второе – за счет воздействия выходного сигнала через цепь ООС.
(2)
Обозначим и подставим выражение (2) в выражение (1).
Uвых = - Куи Uвхα – Куи Uвых(1-α),
Uвых(1+ Куи(1-α)) = - Uвх Куи α,
откуда
.
Т.о. коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью определяется отношением сопротивлений делителя в цепи ООС.
Второй случай, когда сигнал подается на неинвертирующий вход, изображен на рис.2.13.
Рис.2.13. Схема включения операционного усилителя при подаче
сигнала на неинвентирующий вход
В этом случае коэффициент усиления с обратной связью имеет вид
Рассмотрим некоторые приложения использования ОУ для выполнения различных математических операций.
Схема сложения сигналов с весовыми коэффициентами изображена на рис.2.14.
Рис.2.14. Схема сложения сигналов
.
Схема операции дифференцирования изображена на рис.2.15.
Рис.2.15. Схема операции дифференцирования
,
где P = jω – оператор Лапласа.
Схема операции интегрирования изображена на рис.2.16.
Рис.2.16. Схема операции интегрирования
.