Л12_ОУ_Применение_резистивных_схем

1. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

ТИПОВЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ С
РЕЗИСТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

2.

• Внешняя частотно-независимая резистивная
обратная связь, охватывающая ОУ, изменяет его
коэффициент усиления (уменьшает) и полосу частот
(расширяет), не изменяя формы частотной
характеристики.
• В зависимости от того, на какой вход ОУ подается
полезный сигнал, различают схемы включения ОУ:
• инвертирующее,
• неинвертирующее,
• дифференциальное.

3. Инвертирующее включение ОУ

R2
UВХ
~
R1
UВЫХ
R3
RH
Элементы схемы:
R1 – резистор в цепи управления,
R2 – резистор обратной связи,
R3 – резистор балансировки.
• Инвертирующее включение
является основной схемой
включения ОУ.
• В этом случае сигнал
подается на инвертирующий
вход ОУ,
• а неинвертирующий вход
заземляется через резистор
R3 или непосредственно.

4. Коэффициент усиления инвертирующего ОУ

• Резистор R2 создает параллельную отрицательную
обратную связь по напряжению. При идеальном ОУ
потенциалы его входов будут равны нулю (j- = j+ = 0), так
как неинвертирующий вход заземлен, а разность
потенциалов между входами равна нулю.
Соответственно, входной ток схемы равен I вх U вх R 1
и весь течет через резистор, так как входной ток ОУ равен
нулю.
• С учетом вышеперечисленного для идеального ОУ
коэффициент усиления схемы равен
R2
* U вых
Ku
U вх
R1

5. Инвертирующее включение ОУ

• входное сопротивление
• выходное сопротивление
• верхняя граничная частота
R*вх R1
R*вых 0
fв*
Таким образом, при применении идеального ОУ параметры схемы
определяются только внешними элементами R1, R2 , их величиной и
стабильностью и т.д.
Достоинства инвертирующего включения ОУ – простота, отсутствие синфазной
помехи.
Недостаток – невысокое входное сопротивление.
Реальные ОУ имеют конечные величины параметров K0, Rвх_д , Rвых, f1, fв

6. Сумматор на ОУ при инвертирующем включении

Свойства сумматора:
• слабое взаимовлиянием источников сигнала (хорошая развязка
обусловлена тем, что потенциал общей точки входа ОУ (т. А)
близок к нулю);
• возможностью суммировать большое количество сигналов с
различными весами в соответствии с величинами R1i, i=1,2, …
'
"
Uвых ( Ku1Uвх Ku 2Uвх
Ku1 R2 R1'
Ku 2 R2 R1"
n
KunU вх ),
Kun R2 R1n

7. Сумматор на ОУ при инвертирующем включении

U вх
U вх
n
U вх
R1
R1
R2
A
+
n
R1
R3
UВЫХ
'
"
Uвых ( Ku1Uвх Ku 2Uвх
n
KunU вх ),

8. Неинвертирующее включение ОУ

R2
R1
-
UВХ
Неинвертирующее
включение ОУ:
+
R3
а – основная схема;
-
UВЫХ
UВХ
+
UВЫХ
б – повторитель напряжения
• Резисторы R1 и R2 создают последовательную отрицательную
обратную связь по напряжению. Резистор R3 может
использоваться для балансировки ОУ.

9. Основные параметры схемы неинвертирующего включения для идеального ОУ следующие

• коэффициент усиления
• входное сопротивление
• выходное сопротивление
• верхняя граничная частота
* R2 R 1
Ku
R1
*
Rвых
0
*
Rвх
fв*
Достоинство схемы – высокое входное сопротивление.
На основе рассмотренной схемы можно получить неинвертирующие усилители с
высоким входным сопротивлением. Благодаря этому неинвертирующий
усилитель часто применяется в измерительных устройствах, как усилители для
различных датчиков.

10. Повторитель напряжения на ОУ

• Коэффициент усиления К0=1, выходной
сигнал в точности повторяет входной.
• Зачем же вообще нужен операционный
усилитель в таком случае? Он выступает в
роли буфера, обладая
• высоким входным сопротивлением и
• маленьким выходным.
Когда это бывает нужно? Допустим, мы
имеем какой-то источник сигнала с
большим выходным сопротивлением и
хотим этот сигнал без искажения передать
на относительно низкоомную назгрузку.
Если мы это сделаем напрямую, без каких
бы то ни было буферов, то неизбежно
потеряем какую-то часть напряжения
сигнала.

11. Операционный усилитель при дифференциальном включении (дифференциальный усилитель)

RОС
UВХ1
R1
UВХ2
UВЫХ
R1'
ROC'
RH
• Такой усилитель, как и
дифференциальный каскад,
предназначен для усиления разности
двух входных напряжений Uвх1 и Uвх2.
Схема является сочетанием
инвертирующего и неинвертирующего
включения ОУ.
• Такое включение усилителей широко
используется, например, для усиления
сигнала с резистора-шунта - датчика
тока.
• Что немаловажно, операционный
усилитель в таком включении помимо,
собственно, усиления сигнала, давит
синфазную помеху.

12.

'
R1 Roc R1
• Если выполняется следующее равенство
*
Kи K н Roc
u
u
*
R1
• При этом выходное напряжение равно
U вых U вх 2 U вх1 Roc R1
• т.е. зависит от разности входных сигналов и слабо
чувствительных к синфазному входному сигналу.
'
Rос

13. Синфазное включение ОУ

R2
R1
-
Uвх
Uвых
+
R3
R4
• Если к обоим входам ОУ
прикладываются напряжения одной
и той же амплитуды и фазы, то такое
включение ОУ называется синфазным
включением.
• При R1 = R3 и R2 = R4 и идеальном ОУ
выходной сигнал равен нулю.
• В реальных ОУ это условие
практически не выполняется, и при
Uвх1 = Uвх2 выходной сигнал не равен
нулю.

14.

• Коэффициент передачи синфазного сигнала при Uвх1 = Uвх2
Ku
сф
U вых
cф
U вх
cф
• Ku много меньше единицы, что затрудняет использование этого
сф
параметра.
• Более удобным является другой параметр, а именно коэффициент
ослабления синфазного сигнала Kосcф , равный отношению
коэффициента усиления дифференциального сигнала K0 к коэффициенту
передачи синфазного сигнала
Kос
сф
= К 0 Ku
сф