Функциональные узлы на основе ОУ

На основе ОУ строят функциональные узлы для выполнения различных математических операций (рис. 11.8): повторитель (а), выходной сигнал которого практически равен входному, интегратор (б), выходной сигнал которого пропорционален интегралу по времени от его входного сигнала, дифференциатор (в), выходной сигнал которого пропорционален производной от его входного сигнала, избирательный усилитель (г), усиливающий входной сигнал в узкой полосе частот, сумматор (д), выходное напряжение которого равно инвертированной сумме входных напряжений, и др.

Параметры компонентов схемы определяют из условия получения приемлемой точности выполнения операций. Например, для уменьшения ошибки интегрирования и влияния входного тока и напряжения смещения параллельно конденсатору С интегратора (см. рис. 11.8, б) подключают резистор, сопротивление которого значительно больше сопротивления R ₁.

Рис. 11.8. Функциональные узлы на основе ОУ:

а – повторитель; б – интегратор; в – дифференциатор;

г – избирательный усилитель; д – сумматор

С той же целью в дифференциаторе последовательно с конденсатором С (см. рис. 11.8, в) включают резистор. Кроме того, при моделировании процессов интегрирования и дифференцирования входных сигналов (импульсов), исходя из свойств ОУ и скорости изменения входных импульсов, определяют допустимую максимальную длительность входного сигнала для интегратора и минимальную для дифференциатора.

Диапазон интегрирования реального интегратора ограничен снизу частотой сигнала w_сн = 1/ RC (К_u + 1), а сверху частотой w_св = (К_u + 1)/ t_oу, где t_oу – постоянная времени ОУ, а допустимое максимальное время интегрирования t_и.max << t = RC. При этом в интеграторе должны быть введены внешние цепи принудительного его обнуления, так как выходное напряжение интегратора равно

u_вых = ,

где U_{вх .0} – значение напряжения на зажимах конденсатора в момент начала новой волны интегрирования периодического сигнала.

На практике при интегрировании выбираютпостоянную времени звена обратной связи t = RC, по крайней мере, в 10…100 раз больше длительности входного сигнала, а при дифференцировании еёвыбирают в 10…100 раз меньше длительности нарастания фронта входного сигнала и, тем более, существенно меньше его длительности.