Схемотехника аналоговых устройств (стр. 18 )

Рис. 8.3. Инвертирующий усилитель

8.2.2. Неинвертирующий усилитель

Данная схема имеет ООС по напряжению, так как часть выходного напряжения подается в противофазе обратно на вход.

Рис. 8.4. Неинвертирующий усилитель

Так как за счет ООС разность напряжений U– и U+ на входах ОУ сводится к 0, то . Тогда , а . Таким образом, .

По сравнению с предыдущим вариантом (рис. 8.3) схема обладает большим входным сопротивлением, поскольку вход ОУ не потребляет тока, и меньшим выходным сопротивлением, так как цепь ООС с подключена параллельно выходу ОУ.

8.2.3. Усилитель переменного тока

При подаче на ОУ сигнала через емкость необходимо предусмотреть цепь смещения. При двухполярном питании достаточно сопротивления R, соединенного с землей, величина которого должна быть R £ 0,1RВХ, где RВХ – входное сопротивление ОУ. Расчет ФВЧ, образованного цепью RC, производится с учетом нижней граничной частоты сигнала: . Для данной схемы fН = 16 Гц.

Рис. 8.5. Усилитель переменного тока на ОУ

При однополярном питании ОУ необходимо предусмотреть смещение с помощью делителя, исходя из условия симметричности входного сигнала.

Рис. 8.6. Усилитель переменного тока на ОУ с однополярным питанием

Рис. 8.7. К выбору смещения при однополярном питании ОУ

В ряде случаев в сигнале имеется постоянная составляющая, усиливать которую вместе с сигналом нежелательно. Например, такая постоянная составляющая возникает при задании смещения в неинвертирующем ОУ с однополярным питанием. Для ее устранения в цепь ООС устанавливают конденсатор.

Рис. 8.8. Устранение постоянной составляющей в усилителе переменного тока
на ОУ с однополярным питанием

В результате коэффициент усиления ОУ для постоянной составляющей , так как , а для частот сигнала . Выбор С1 производится, исходя из нижней граничной частоты сигнала fН. Если , то для частот сигнала . Для данной схемы при
fН = 16 Гц ½ZC½ = 2 к и КU » 5,5.

8.2.4. Повторитель (буфер) на ОУ

Неинвертирующий ОУ с единичным коэффициентом усиления () называют повторителем или буфером. Повторитель предназначен для согласования каскадов. Действительно, данная схема имеет , поскольку она эквивалентна инвертирующему ОУ с , в цепи ООС которого , а .

Поскольку вход повторителя ток практически не потребляет, то его входной импеданс очень велик, а поскольку повторитель имеет 100-процентную ООС по напряжению, то его выходное сопротивление очень мало.

Рис. 8.9. Повторитель (буфер) на ОУ

8.2.5. Источники тока на ОУ

Включив нагрузку в цепь ООС, можно получить через нее ток, не зависящий от параметров нагрузки. Действительно, поскольку за счет ООС U– =
= U+ = UВХ, то ток через нагрузку равен .

Рис. 8.10. Источник тока на ОУ с незаземленной нагрузкой

Недостаток рассмотренного выше источника тока заключается в том, что нагрузка не заземлена. «Привязать» нагрузку к земле можно путем подключения транзистора к выходу ОУ. ООС при этом снимается с эмиттера транзистора.

Рис. 8.11. Источник тока на ОУ с заземленной нагрузкой

Действительно, так как U– = U+ = UВХ = UЭ, то , причем . Однако в данном варианте схемы входное напряжение фиксируется не относительно земли, а относительно напряжения питания, что затрудняет внешнее управление источником тока. Устранить этот недостаток можно двухкаскадной схемой, в которой задано от внешнего устройства относительно земли и фиксируется первым источником тока на ОУ1 и Т1 относительно напряжения питания U. Для этого R1 = R2. Заземленная нагрузка подключена ко второму источнику тока на ОУ2 и Т2, вход которого, в свою очередь, подключен к выходу первого источника тока. Как и в предыдущем варианте схемы, .

Рис. 8.12. Источник тока на ОУ с заземленной нагрузкой
и входным управляющим напряжением, задаваемым относительно земли

8.2.6. Логарифмический усилитель

В логарифмическом усилителе . Данная схема представляет собой инвертирующий ОУ, цепь ООС которого является амплитудно-зависимой и выполнена с использованием р-n-перехода транзистора. Действительно, так как за счет обратной связи U– = U+ = 0, то UВЫХ = UБЭ. В свою очередь, так как , а , то с учетом .

Рис. 8.13. Логарифмический усилитель на ОУ

8.2.7. Дифференциальный усилитель

Покажем, что нижеприведенная схема формирует выходное напряжение , пропорциональное разности двух входных сигналов и , т. е. . На схеме одинаковыми индексами обозначены одинаковые резисторы одинаковых номиналов.

а б

Рис. 8.14. Дифференциальный усилитель на ОУ (а)
и делители, образуемые входной и выходной цепью (б)

Относительно уровня входного напряжения потенциал , где . С другой стороны, . Поскольку за счет ООС , то или . Таким образом, , причем .

8.2.8. Суммирующий усилитель

На рис. 8.15 приведена схема суммирующего усилителя. Фактически это вариант инвертирующего усилителя. Действительно, поскольку входы ОУ тока не потребляют, , а из-за ООС , то или .