Электротехника решение задач Расчет смешанной цепи Соединение фаз звездой Соединение фаз треугольником Активная мощность трехфазной системы Асинхронный электродвигатель Полупроводниковые диоды и стабилитроны

Основы расчета цепей постоянного и переменного тока. Курс лекций и примеры задач курсовой

Схемы на операционных усилителях

Общая характеристика ОУ

Операционные усилители (ОУ) являются разновидностью усилителей постоянного тока, имеют большой коэффициент усиления по напряжению кu==5×103 - 5×106 и высокое входное сопротивление Rвх=20 кОм - 10 МОм. Современные ОУ выполняются многокаскадными и включают в себя ряд дополнительных устройств (защиту, термокомпенсацию и др.) Массовое применение ОУ обусловлено их универсальностью: устройства на их базе могут осуществлять усиление, выполнять математические операции, сравнивать электрические величины, генерировать сигналы различной формы.

ОУ имеет два входа и один выход. При подаче сигнала на инвертирующий вход Uвх.и. приращение выходного сигнала Uвых находится в противофазе (противоположное по знаку) с приращением Uвх, а при подаче на неинвертирующий вход - совпадают по фазе (одинаковы по знаку). В зависимости от конкретного устройства на базе ОУ используют как инвертирующий, так и неинвертирующий входы.

На рис.8.2 приведена принципиальная схема ОУ К544УД1А. Высокое входное сопротивление ОУ обеспечивается согласованной парой полевых транзисторов VT1, VT5 входного дифференциального каскада, включающего в себя кроме названных транзисторы VT2, VT4 и резисторы R1, R3. Работа этого каскада обеспечивается стабилизатором тока, включающим транзисторы VT6, VT7 и резисторы R4, R5. Температурная компенсация осуществляется звеном, выполненным на транзисторах VT10, VT14 и резисторах R8, R10. ОУ имеет защиту от коротких замыканий по выходу (VT16, VT18, R12). Выходным каскадом является составной эмиттерный повторитель (VT12, VT17, VT15, R11), имеющий низкое выходное сопротивление и обеспечивающий нагрузочную способность. Выходной каскад имеет свой стабилизатор тока (VT11, VT13, R9). В согласующее звено между входными и выходными цепями входят элементы: R6, R7, VT8, VT9, VD1, C1.

Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) Uвых=f(Uвх) (рис.8.3) и амплитудно-частотные (АЧХ) кU(f). Последние имеют вид АЧХ усилителя постоянного тока за исключением специальных частотнозависимых устройств (избирательный усилитель и др.). Передаточные характеристики имеют линейный участок, для которого кU==const, и нелинейный - кU¢<кU. При реализации конкретных устройств используют линейные и нелинейные участки. Рассмотрим примеры построения устройств на базе ОУ.

Инвертирующий и неинвертирующий усилители на ОУ

Инвертирующий усилитель (рис.8.4) изменяет знак выходного сигнала относительно входного. На инвертирующий вход через резистор R1 подается Uвх и вводится параллельная отрицательная обратная связь по напряжению с помощью резистора Rо.с.. Коэффициент усиления

кU.и=.

Для уменьшения погрешностей от изменения входных токов делают симметричные входы, выбирая R2=R1êêRо.с.

Неинвертирующий усилитель (рис.8.5) не изменяет знак выходного сигнала относительно входного и

кU.н=.

Вычитатель-усилитель и сумматоры

Вычитатель-усилитель (рис.8.6) предназначен для усиления разностных сигналов. Если R1=R2 и Rо.с=R, то Uвых=(Uвх2-Uвх1).

Сумматоры. Схемы инвертирующего и неинвертирующего сумматоров приведены на рис.8.7, 8.8. Для инвертирующего сумматора выходное напряжение определяется по формуле

.

При равенстве входных сопротивлений R1=R2=R

Uвых=-(Uвх.1+Uвх.2+...+Uвх.n) - для инвертирующего сумматора;

 - для неинвертирующего сумматора.

В схеме сумматоров переменным параметром является сопротивление обратной связи Rо.с, которое и определяет коэффициент усиления. Формулы

приведены для постоянных величин (числовой сумматор) Uвх.1, Uвх.2 и т.д. В работе исследуется также инвертирующий геометрический сумматор, для которого складываются мгновенные значения Uвх.1 и Uвх.2.

Интегратор и дифференциатор

Интегратор, схема которого показана на рис.8.9, реализует операцию

,

где t=R1Cо.с - постоянная времени.

Дифференциатор (рис.8.10) выполняет операцию

Uвых=-Rо.сC=-t.


Для интегратора и дифференциатора на инвертирующий вход подаются прямоугольные импульсы с выхода симметричного мультивибратора. На рис.8.11,а приведен электрический аналог и на рис.8.11,б временные диаграммы, поясняющие принцип дифференцирования и интегрирования в электрических и электронных цепях.


Мощность, выделяемая в цепи переменного тока электротехника решение задач