Операционные усилители

 

Операционные усилители выполнены на интегральных микросхемах и применяются как усилители постоянного тока для работы в режиме усиления и выполнения математических операций над аналоговыми или медленно изменяющимися величинами (сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование, логарифмирование и т.д.).

Условное изображение операционного усилителя приведено на рис.8.15, в котором знаком (–) обозначен инвертирующий вход, а знаком (+) неинвертирующий вход. Питание операционного усилителя осуществляется от двух источников с положительной и отрицательной ЭДС. На рис.8.16 приведены характеристики вход - выход усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами. Входное напряжение насыщения незначительно .

Рис.8.15. Условное изображение операционного усилителя

 

Рис.8.16. Характеристики вход - выход операционных усилителей с инвертирующим и неинвертирующим входами

 

В схемах операционных усилителей используется отрицательная обратная связь по напряжению. Рассмотрим примеры использования схем операционных усилителей с элементами цепи обратной связи .

На рис.8.17 приведена схема масштабного инвертирующего усилителя, у которого элементы обратной связи равны активным сопротивлениям .

Рис.8.17. Схема масштабного инвертирующего усилителя

Используя первый и второй законы Кирхгофа для входного и выходного контуров усилителя, направления обхода которых указаны, а также считая, что у операционных усилителей, имеем Тогда, после преобразований, следует, что , то есть выходное напряжение масштабного усилителя равно входному напряжению , помноженному на масштабный множитель с отрицательным знаком. Коэффициент усиления усилителя по напряжению

. (8.10)

На рис.8.18 изображена схема суммирующего усилителя (сумматора).

 

Рис.8.18. Схема суммирующего усилителя (сумматора)

 

Сумматор – это операционный усилитель с несколькими входами, у которого , , , , , тогда, умножив значения всех токов на , получим:

. (8.11)

В этом случае усилитель выполняет операцию сложения входных напряжений со своими масштабными коэффициентами. Если все входные сопротивления равны , то .

На рис.8.19 приведена схема интегрирующего усилителя (интегратора), у которого в цепи обратной связи использован конденсатор.

 

Рис.8.19. Схема интегрирующего усилителя (интегратора)

 

Изобразив сопротивление обратной связи в комплексном виде , а входное сопротивление , можно представить выходное напряжение в виде временной зависимости . Перейдем к операторной форме записи, что соответствует замене на оператор Лапласа p. Тогда изображение входной и выходной величины по Лапласу выразится зависимостью , что соответствует интегрированию оригинала, то есть:

, (8.12)

где - масштабный коэффициент.

На рис.8.20 изображена схема дифференцирующего усилителя, у которого на входе усилителя установлен конденсатор.

Рис.8.20. Схема дифференцирующего усилителя

 

Входное сопротивление конденсатора в комплексном виде , а сопротивление обратной связи .

Выходное напряжение можно представить в комплексном виде временной зависимостью . Перейдем к операторной форме записи, что соответствует замене на оператор Лапласа p. Тогда изображение входной и выходной величины по Лапласу выразится зависимостью , что соответствует взятию производной от её оригинала, то есть:

. (8.13)

где - масштабный коэффициент.