2014-02-24
1085
ТЕМА 3. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ НА ОУ
Вопросы для самопроверки
1. Приведите эквивалентную схему ОУ и объясните ее.
2. Перечислите свойства идеального операционного усилителя.
3. Сформулируйте два правила, которые используются при разработке схем на ОУ.
4. Назовите базовые схемные блоки на ОУ.
Литература для дополнительного изучения [2, с.3-5]; [3, с.4,5]; [4, с.3-5].
Лекция 3. Схемы пропорционального усиления на ОУ
Цель лекции: Усвоить построение схем пропорционального усиления на основе операционного усилителя, их характеристики и области применения.
Вопросы, которые рассматриваются на лекции:
1. Инвертирующий усилитель.
2. Неинвертирующий усилитель.
3. Усилитель с единичным коэффициентом усиления.
На рисунке 3.1 предоставлена базовая принципиальная схема инвертирующего усилителя. Диапазон применения этого усилителя исключительно широкий и включает, в частности, измерительную технику.
 |
Рисунок 3.1 – Инвертирующий усилитель
Многие особенности инвертирующего усилителя, например, расширенная полоса пропускания и пониженное выходное сопротивление, обусловлены сопротивлением цепи обратной 
связи.
Выражение для коэффициента усиления инвертирующего усилителя получаем, используя правила 1 и 2, приведенные в лекции 2. Поскольку не инвертирующий вход заземлен, его потенциал равняется 0 V. Согласно правилу 1, потенциал инвертирующего входа также равняется 0 V (так называемая виртуальная земля). Таким образом инвертирующий вход ОУ в схеме на рисунке 3.1 во всех практических случаях также можно считать заземленным.
В соответствие с первым законом Кирхгофа, алгебраическая сумма всех токов, которые входят в узел и выходят из узла, должна быть равна нулю. В то же время в силу правила 2 равняется 0 и входной ток ОУ. Отсюда вытекает, что
; 
(3.1)
Поскольку правый вывод резистора 
находится под потенциалом земли (0 V), а на левом выводе действует входное напряжение 
, то, согласно закону Ома, 
. Аналогично получаем 
. Подстановка этих соотношений в уравнение (3.1)
(3.2)
Таким образом, данная схема инвертирует входной сигнал и усиливает его в 
раз.
 |
Диапазон линейности схемы (то есть линейности ее амплитудной характеристики) определяется напряжением источника питания. Из рисунка 3.2 видно, что при питании схемы от источника с напряжением
15 V, насыщение наступает, когда исходное напряжение 
достигает величины напряжения насыщения 
, типичное значение которого 13 V.
Рисунок 3.2 – Амплитудная характеристика инвертирующего усилителя
В области насыщения любое дальнейшее увеличение никак не сказывается на величине выходного напряжения. Для большинства ОУ максимальный размах выходного напряжения в линейной области приблизительно на 4 V меньше разности между плюсовым и минусовым напряжением источника питания. Входное сопротивление инвертирующего усилителя обычно довольно мало. Поскольку инвертирующий вход собственно говоря заземленный, входным сопротивлением для входного сигнала является сопротивление .
Увеличивая 
, можно повысить входное сопротивление, но при этом уменьшается коэффициент усиления. Коэффициент усиления можно поднять путем увеличения сопротивления резистора обратной связи 
, однако максимальное значение сопротивления имеет практическое ограничение.
