Схемы на операционных усилителях (Лабораторная работа 6.2)

характеристиках имеются участки насыщения, начиная с некоторых значения входного напряжения U_{вх max}, выходное напряжение не увеличивается, а остается постоянным на уровне значения  _нас, которое определяется напряжением питания микросхем ОУ. Обычно  _нас   меньше  напряжения  питания  _п  на     ( 1 - 3 В).

При усилении переменного напряжения участок насыщения ограничивает амплитуду выходного напряжения, она остается на уровне _нас с ростом входного сигнала (рис. 5), появляются нелинейные искажения.                                       Рис.5 Входное и выходное напряжения ОУ

Инвертирующий сумматор (рис. 6).

Схема выполняется по типу инвертирующего усилителя с числом параллельных ветвей на входе, равным количеству сигналов, предназначенных для сложения. Для каждого напряжения можно выбирать свой коэффициент усиления, который задается отношением величины сопротивления обратной связи к значению соответствующего резистора.

Рис. 6 Инвертирующий сумматор

Выходное напряжение определяется выражением:

Неинвертирующий сумматор (рис. 7)

Рис. 7 Неинвертирующий сумматор

Выходные напряжения выражаются:

Преобразователь тока в напряжение (рис. 8).

Рис. 8 Преобразователь тока в напряжение

Схема, осуществляющая преобразование тока в напряжение, является вариантом схемы на рисунке 2 при R1 = 0.

Практическая часть

Рассмотрим некоторые примеры построения аналоговых схем на ОУ.

На рис. 9 представлена схема инвертирующего усилителя. При отсутствии входного сигнала, на его выходе имеется постоянное напряжение вследствие наличия входных токов ОУ и  вызванных ими падений напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах (L6_01.ewb).

Для компенсации влияния входных токов ОУ к неинвертирующему входу подключается резистор, величина которого равна эквивалентному сопротивлению, равному параллельному включению резисторов, соединенных с инвертирующим входом ОУ (рис. 10, L6_02.ewb), Кoc = -1.

 Рис 9 Инвертирующий усилитель

Рис 10 Инвертирующий усилитель

На рис. 11 изображен инвертирующий усилитель на основе ОУ LM 741 (L6_03.ewb). Входное сопротивление схемы равно 1 кОм, Кoc = -10.

Рис 11 Инвертирующий усилитель

Сумматор на основе инвертирующего усилителя представлен на рис. 12. Токи, проходящие по резисторам R1 и R2 равны току резистора Rос. Потенциал точки I равен нулю (виртуальная земля). Отношение падений напряжений на резисторе Rос к R1 и R2 определяет коэффициент усиления схемы. Он может быть разным для каждого из усиливаемых напряжений (L6_04.ewb).

Рис 12 Инвертирующий сумматор

Схема сумматора на основе инвертирующего усилителя с компенсацией влияния входных токов (L6_05.ewb) представлена на рис. 13.

Рис 13 Инвертирующий сумматор

На рис. 14 изображен неинвертирующий усилитель (L6_06.ewb). Входное сопротивление схемы равно входному сопротивлению ОУ, Кoc =2 .

Рис 14 Неинвертирующий усилитель

Сумматор двух напряжений на основе неинвертирующего усилителя представлен на рис. 15 (L6_07.ewb). Коэффициент усиления обеих напряжений одинаков и равен Кoc =2.

Рис 15 Неинвертирующий сумматор

Дифференциальный усилитель (схема сложения-вычитания) представлен на рис. 16 (L6_08.ewb). Реализуемая функция, которая в каждом конкретном случае определяется соотношениями величин и количеством резисторов, в данном случае равна:

 значение R₅ определяется из соотношения: 

где Ri – величина сопротивлений R1-R4, Ki – величины коэффициентов усиления U1-U4 соответственно. Значение R5 выбирается из выражения для проводимостей (второе уравнение).

Рис 16 Дифференциальный усилитель

Повторитель напряжения (рис. 17, L6_09.ewb) может использоваться для согласования источника усиливаемого сигнала, имеющего высокое сопротивление с усилителем, имеющим низкое входное сопротивление.

Рис 17 Повторитель напряжения

Для определения разности напряжений используется дифференциальный усилитель (рис. 18, L6_09.ewb). Он состоит из схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Делитель напряжения на резисторах, подключенный к неинвертирующему входу, позволяет уменьшить входное напряжение 3 В для согласования с коэффициентом усиления для напряжения 2В.

Рис 18 Дифференциальный усилитель

Преобразователь тока в напряжение изображен на рис. 19, L6_11.ewb.

Рис 19 Преобразователь ток – напряжение

Преобразователь напряжения в ток изображен на рис. 20, L6_12.ewb.

 Рис 20 Преобразователь напряжение – ток

Схема выпрямителя на основе дифференциального усилителя изображена на рис. 21, L6_13.ewb.

Рис 21 Выпрямитель

Варианты схемы прецизионного (высокоточного) выпрямителя на основе