Применение операционных усилителей

Применение операционных усилителей

Операционный усилитель (ОУ) это интегральный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, имеющий большой коэффициент уси­ления по напряжению К_U, большое входное R_ВХ и малое выходное R_ВЫХ сопротивления. Идеальный ОУ имеет стремящийся к бесконечности коэффициент усиления по напряжению, стремящееся к бесконечности входное сопротивление, а так же нулевое выходное сопротивление. Они применяются для усиления, суммирования, вычитания, перемножения, логарифмирования, интегрирования, дифференцирования ограничения, частотной фильтрации, генерирования сигналов (всего около 100 операций). Обозначение ОУ приведено на рис. 1.

Рис. 1 Обозначение операционного усилителя

Дифференциальное напряжение U_q равно разнице между напряжением на инвертирующем входе U_И и неинвертирующем вхо­де U_Н.

1 Характеристики операционных усилителей

Характеристики ОУ                                                                                                             Таблица 1

2 Инвертирующий сумматор

Пусть необходимо рассчитать  схему для решения следующего уравнения:

Данная схема представлена на рис. 2. Так как входное сопротивление очень велико, то входной ток операционного усилителя равен нулю. Следовательно:

                                                                                                                     (1)

                                                                           (2)

Выражение (2) с учетом (1) можно записать следующим образом:

Рис. 2 Схема инвертирующего сумматора

где:

Аналогично можно рассчитать инвертирующий сумматор для любого числа слагаемых.

3 Неинвертирующий сумматор

Пусть необходимо рассчитать  схему для решения следующего уравнения:

Данная схема представлена на рис. 3. Так как входное сопротивление очень велико, то входной ток операционного усилителя равен нулю. Следовательно:

следовательно:

или

                                           (3)

Поскольку  

то:

                                                      (4)

Так как то выражение (3) с учетом зависимости (4) можно записать следующим образом:

Рис. 3. Схема сумматора

Аналогично можно рассчитать неинвертирующий сумматор для любого числа слагаемых.

4 Дифференциальный сумматор  

Пусть необходимо рассчитать  схему для решения следующего уравнения:

Данная схема представлена на рис. 4. Ее расчет аналогичен вышеприведенным схемам:

где:

В ряде случаев удобнее проводить расчет другим способом. Так как входное сопротивление очень велико, то входной ток операционного усилителя равен нулю. Следовательно:

Рис. 4. Схема дифференциального сумматора

Так как   то

.

или

где:

Аналогично можно рассчитать дифференциальный сумматор  для любого числа слагаемых.