Операційні підсилювачі в лінійних схемах, homeelectronics
Всім доброго часу доби. У минулій статті я розповідав про харчування операційного підсилювача від однополярного джерела живлення. У даній статті я розповім про застосування ОУ в лінійних схемах.
повторювач напруги
Перша схема, про яку я розповім, є схема підсилювача з одиничним посиленням (одиничний підсилювач) або так званий повторювач напруги. Схема даного підсилювача показана нижче
Підсилювач з одиничним посиленням (повторювач напруги).
Дана схема являє собою модифікацію неінвертуючий підсилювача. відмінність полягає в тому, що відсутні резистор зворотного зв'язку і резистор на вході інвертується. Таким чином, напруга з виходу ОУ повністю надходить на інвертується вхід ОП, а, отже, коефіцієнт передачі зворотного зв'язку дорівнює одиниці (β = 1).
Як відомо, вхідний опір ОУ зі зворотним зв'язком визначається наступним виразом
- де RBX - вхідний опір ОУ без ОС,
- β - коефіцієнт передачі ланцюга ОС,
- К - коефіцієнт посилення ОУ без ОС.
Тоді для повторювача напруги вхідний опір буде мати вигляд
Вихідний опір ОУ зі зворотним зв'язком являє собою такий вираз
- де RBИX - вхідний опір ОУ без ОС,
- β - коефіцієнт передачі ланцюга ОС,
- К - коефіцієнт посилення ОУ без ОС.
Так як у повторювача напруги коефіцієнт передачі зворотного зв'язку дорівнює одиниці (β = 1), то вихідний опір буде мати наступний вигляд
Приклад розрахунку параметрів повторювача напруги
Для прикладу розрахуємо повторювач напруги на ОУ, який має на необхідній частоті коефіцієнт посилення КУ = 80 (38 дБ), вхідний опір RBX = 500 кОм, вихідний опір RBИX = 300 Ом.
Вхідний опір повторювача напруги складе
Вихідний опір повторювача напруги складе
Недоліки найпростішої схеми повторювача напруги
Внаслідок того, що посилення ОУ з розімкненим ланцюгом ОС змінюється з частотою (з ростом частоти відбувається зменшення коефіцієнта посилення), тому вхідний і вихідний опору також залежать від частоти (з ростом частоти вхідний опір зменшується, а вихідний - зростає).
Якщо вхідний сигнал має досить велику постійну складову і значного розмаху амплітуди, то може виникнути ситуація, коли буде перевищено межу синфазних вхідних напруг. Щоб вирішити цю проблему сигнал на неівертірующій вхід необхідно подавати, через розділовий конденсатор, а між неінвертірующего входом і «землею» включити резистор, однак цей резистор буде впливати на вхідний опір повторювача.
Ще одним способом поліпшення параметрів повторювача напруги, який рекомендують виробники ОУ є включення в ланцюг ОС і між неінвертірующего входом і «землею» резисторів з однаковим опором. При цьому коефіцієнт посилення ОУ буде також дорівнює одиниці, але вхідний і вихідний опір будуть залежати від зовнішніх резисторів, а не від параметрів ОУ.
Найбільш дієвим способом поліпшення параметрів одиничного підсилювача є схема, в якій після схеми повторювача напруги включити підсилювач потужності, що забезпечує великий вихідний струм. У цьому випадку коефіцієнт посилення напруги складе приблизно одиницю, а струм ОС визначається характеристика підсилювача потужності (вхідний і вихідний опір множаться на коефіцієнти посилення обох підсилювачів).
неінвертуючий підсилювач
Після розбору повторювача напруги, який, по суті, є неінвертірующего підсилювачем з коефіцієнтом посилення рівним одиниці, перейдемо до розгляду схеми неінвертуючий підсилювача з довільним коефіцієнтом посилення. Такий тип підсилювача характеризується тим, що має високий вхідний і низький вихідний опір, схема підсилювача приведена нижче
Схема неінвертуючий підсилювача.
Дана схема є однією з стандартних схем включення операційних підсилювачів і містить ОУ DA1, резистор зміщення R1 і резистор зворотного зв'язку R2. Операційний підсилювач в даній схемі охоплений послідовної зворотним зв'язком по напрузі, коефіцієнт передачі ланки зворотнього зв'язку складе
Тоді вхідний опір неінвертуючий підсилювача складе
RBX.ОУ - вхідний опір ОУ при розімкнутому ланцюзі ОС,
Коу - коефіцієнт посилення ОУ при розімкнутому ланцюзі ОС.
Вихідний опір неінвертуючий підсилювача можна обчислити з наступного виразу
RВИХ.ОУ - вихідний опір ОУ при розімкнутому ланцюзі ОС.
Коефіцієнт посилення неінвертуючий підсилювача
В даному типі підсилювача присутній деякий рівень напруги зсуву UСМ на вході, тому дана схема може бути застосована там де рівень зміщення напруги на вході не має істотного впливу. Рівень напруги зсуву на вході складе
Приклад розрахунку неінвертуючий підсилювача
Розрахуємо неинвертирующий підсилювач, який повинен забезпечити коефіцієнт посилення К = 10. Як ОУ застосуємо К157УД2, який має такі параметри: коефіцієнт посилення (на частоті 1 кГц) К = 1800 (65 дБ), вхідний опір RBX.ОУ = 500 кОм, вихідний опір RBИX.ОУ = 300 Ом, напруга зсуву UCM = 10 мВ, вхідний струм IВХ ≤ 500 нА. Вхідний сигнал має рівень UВХ = 40 мВ.
Визначення опорів R1, R2. Величина опору R1 не повинна значно впливати на вхідну напругу, тобто падіння напруги на ньому не повинна перевищувати 0,1UВХ. тоді величина опору складе
Приймемо R1 = 8,2 кОм.
Приймемо R2 = 75 кОм.
Розрахуємо параметри неінвертуючий підсилювача:
вхідний опір RBX
вихідний опір RBИX
зміщення рівня постійної складової складе
неінвертуючий суматор
В продовження теми неінвертрующіх підсилювачів розповім про неінвертуючому сумматоре, який виконує функцію додавання вхідних сигналів і знаходить своє застосування в якості лінійних змішувачів сигналів (мікшерів), наприклад, коли сигнали з декількох джерел необхідно скомбінувати і подати на вхід підсилювача потужності. Схема неинвертирующего суматора представлена нижче
Схема двухвходового неинвертирующего суматора.
Дана схема являє собою неинвертирующий підсилювач з двома входами і складається з ОУ DA1, струмообмежувальні вхідних резисторів R1 і R2, резистора зміщення R3 і зворотнього зв'язку R4.
Для даної схеми основні співвідношення відповідають схемі простого неінвертуючий підсилювача, з урахуванням того що вхідна напруга в схемі відповідає середньому напрузі вхідних висновків
А опір резисторів повинні відповідати такій умові
Коефіцієнти посилення по різних каналах визначаються наступним виразом
RN - опір вхідного резистора,
KN - коефіцієнт посилення відповідного каналу посилення.
Основним недоліком схеми неинвертирующего суматора є відсутність точки нульового потенціалу, тому коефіцієнт посилення по різним входів не є незалежними. Даний недолік проявляє себе в тих випадках, коли внутрішній опір джерел вхідних напруг або тільки одного з них відомо приблизно або змінюється в процесі роботи.
Теорія це добре, але теорія без практики - це просто струс повітря. Перейшовши за посиланням все це можна зробити своїми руками