Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине (стр. 4 из 7)

Таким образом, при применении идеального ОУ параметры схемы определяются только внешними элементами -

, , 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

что обуславливает неточность соотношений (3.1а) - (3.1г). Для анализа воспользуемся эквивалентной схемой инвертирующего ОУ (рис.3.2).

Рис.3.2. Эквивалентная схема основной схемы включения ОУ

С учетом неидеальности ОУ коэффициент усиления ОУ

, (3.2)

где

- коэффициент передачи цепи обратной связи

, (3.3)

К₁ - коэффициент передачи входной цепи

.

При

имеем

,

,

.

Входное сопротивление

, (3.4)

выходное сопротивление

. (3.5)

Верхняя граничная частота

лежит в пределах от до и тем выше, чем глубже обратная связь, т.е. чем меньше .

Выражениями (3.1) тем правомернее пользоваться, чем сильнее неравенства

. (3.6)

У современных ОУ они довольно просто выполняются.

На основе рассмотренной схемы включения ОУ можно реализовать инвертирующие усилители с плоской частотной характеристикой и коэффициентами усиления

(рис.7.6). На рис.3.3 приведен сумматор на ОУ при инвертирующем включении, обладающий следующими свойствами:

- слабым 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

и т.д.:

где

,

,

.

Рис.3.3. Сумматор на инвертирующем ОУ

3.2. Неинвертирующее включение ОУ

Схема неинвертирующего включения ОУ представлена на рис.3.4,а [3,4].

а) б)

Рис.3.4. Неинвертирующее включение ОУ:

а) основная схема;

б) повторитель

Резисторы

и создают последовательную отрицательную обратную связь по напряжению. Резистор может использоваться для балансировки ОУ.

Основные параметры схемы неинвертирующего включения для идеального ОУ следующие:

- коэффициент усиления

, (3.7а)

- входное сопротивление

, (3.7б)

- выходное сопротивление

, (3.7в)

- верхняя граничная частота

. (3.7г)

Достоинство схемы - высокое входное сопротивление.

С учетом ограниченности величин параметров реального ОУ - коэффициент усиления неинвертирующего ОУ

, (3.8)

где

, (3.9)

- входное сопротивление

, (3.10)

- выходное сопротивление

, (3.11)

- верхняя граничная частота

лежит в пределах от

до (при

).

На основе рассмотренной схемы можно получить неинвертирующие усилители с коэффициентом усиления

и высоким входным сопротивлением. Благодаря этому неинвертирующий усилитель часто применяется в измерительных устройствах.

При R₂ = ∞ и R₁ = R₃ = 0 имеем повторитель на операционном усилителе (К_u = 1) (рис. 3.4, б).

3.3. Операционный усилитель при дифференциальном включении (дифференциальный усилитель)

Схема при дифференциальном включении ОУ приведена на рис.3.5 [4–6].

Рис. 3.5. Схема при дифференциальном включении ОУ

(дифференциальный усилитель)

Такой усилитель, как и дифференциальный каскад, предназначен для усиления разности двух входных напряжений U_вх1 и U_вх2. Схема является сочетанием инвертирующего и неинвертирующего включения ОУ. При этом для выравнивания коэффициентов передачи с обоих входов напряжение на инвертирующий вход ОУ подается через резистивный делитель R₂ и R₃.

При

= ∞ и R_ос= 0 коэффициент передачи при инвертирующем включении равен

,

при неинвертирующем включении

.

Если выполняется следующее равенство

, то имеем .

При этом выходное напряжение равно

,

т.е. зависит от разности входных сигналов и слабо чувствительных к синфазному входному сигналу.

3.4. Синфазное включение ОУ

Если к обоим входам ОУ прикладываются напряжения одной и той же амплитуды и фазы, то такое включение ОУ называется синфазным включением.

Схема при синфазном включении ОУ приведена на рис. 3.6 [4-7].

Рис. 3.6. Синфазное включение ОУ

При R₁ = R₃ и R₂ = R₄ и идеальном ОУ выходной сигнал равен нулю. В реальных ОУ это условие практически не выполняется, и при U_вх1 = U_вх2 выходной сигнал не равен нулю.

Коэффициент передачи синфазного сигнала при U_вх1 = U_вх2

.

Обычно

много меньше единицы, что затрудняет использование этого параметра.

Более удобным является другой параметр, а именно коэффициент ослабления синфазного сигнала

, равный отношению коэффициента усиления дифференциального сигнала К₀ к коэффициенту передачи синфазного сигнала