Операційні підсилювачі і cхемотехніка на їх основі, страница 9

Вказані параметри ідеального ОП розкривають деякі його особливості, які пояснимо з допомогою рис.5.16. Допустимо, що прийнята напруга живлення ± 10 В. Візьмемо середній коефіцієнт підсилення по напрузі, який приблизно рівняється  К_U = 10⁵ =100 дБ. Диференційний сигнал, що маємо між входами u_P = u_ВХ.2  - u_ВХ.1 В активному режимі роботи підсилювача u_ВИХ = К_U × u_Р, тому максимаьне значення u_Р = u_ВИХ/ К_U = 10/ 10⁵ = 10^-4 = 100 мкВ. Це максимальне значення диференційної напруги, яке може прикладатись до входів ОП в активному режимі його роботи. Реальні значення вхідних напруг підсилюва-ча можуть досягати рівня напруги живлення.  Звідси витікає, що для забезпечення активного режиму  роботи реальна різниця напруг  між входами  повинна складати долі відсотка від їх реальних значень. Тобто в активному режимі ОП прямий і інверсний входи ОП можна вважати еквіпотенціальними.

Розглянемо використання розглянутої особливості в реальній схемотехніці.

Повторювач напруги на ідеальному ОП  

      Тепер впевнимось в реальності попереднього твердження, що на вхід ОП можна реально подавати високі напруги і забезпечувати при цьому його роботу в активному режимі. Розглянемо детально роботу схеми при наявності безпосереднього зв'язку з виходу ОП на його інверсний вхід  (рис.5.17.).  Допустимо, що в визначений  момент часу  на прямий вхід подається напруга, що змінюється від 0 до 1 В.

                   Рис.5.17.              Так як ОП являється інерційним пристроєм, то реакція на дію вхідного сигналу, тобто напруга на виході

                                u_ВИХ = K_U * u_ВХ

буде появлятись з деяким запізненням по відношенню до вхідної і прикладатись до інверсного входу. Вона буде зростати, що приводитиме до зменшення дифференціїної напруги

                               u_P = u_ВХ – u_ВИХ

      Але зменшення  u_P до нуля приведе до того, що u_ВИХ теж буде зменшуватись. Процес встановиться якщо u_ВИХ » u_ВХ.

      Реально співвідношення між напругами на вході ОП  описується рівнянням

                             u_ВИХ =  u_ВХ + u_P

Оскільки   u_P = u_ВИХ / K_U , маємо:

                  u_ВИХ (1- 1/K_U) = u_ВХ.

Звідси витікає, що при K_U >> 1  напруга на виході і на вході практично однакові в усьому діапазоні напруг, де підсилювач прицює в активному режимі. Так як вихідна напруга обмежується величиною напруги джерел живлення, то вхідна напруга може подаватись в тих же межах.

Інвертуючий підсилювач.

Розглянемо тепер схему підсилювача, в якому, відповідно до рис.5.18. вихідний сигнал u_ВИХ прикладається до інверсного входу

                        Рис.5.18.                              через  резистор R₃ , а вхідний  u_ВХ подається на той же вхід через R₁

Так як опір між прямим і інверсним входом для ідеального ОП рівняється нескінченності , а вихідний опір – нулю, то схему можна розглядати як двa зустрічно включені і заземлені джерела, що навантажені на послідовно з'єднані опори  R₁  і  R₃.

Струм через опори:

                                             .

Напругу в точці А, як дифференційну напругу u_P находимо як: 

Звідси отримуємо:

                   u_ВХ ×R2 + u_ВИХ ×R₁=0

або                                                      (   )

      Приймаючи u_P=0 ми фактично приймаємо, що потенціал точки А = 0. Тому часто говорять, що точка А потенційно заземлена. Коефіцієнт К_UЗ називається коефіцієнтом підсилення підсилювача з зворотнім зв'язком. Опір R₃ – називається опором зворотнього зв'язку.

З отриманої формули (7^х) бачимо, що по аналогії з матеріалом  ( 0) розділу   коефіцієнт підсилення підсилювача з зворотнім зв'язком практично не залежить від K_U підсилювача.

Формула (7^х) являється розрахунковою в усіх випадках використання розглядаємої схеми. При проведенні розрахунків необхідно виходити з того, що опір R₁  фактично являється вхідним опором підсилювача з зворотнім зв'язком. Пояснюється це тим, що потенціал точки А. фактично рівняється нулю, тому струм через резистор R₁ може обчислюватись по формулі 

                                                                                                                            Теж саме можна сказати і відносно струму, що протікає через R₃