Реферат: Операционные усилители

Согласно правилу 1 потенциал точки А равен потенциалу земли. Поэтому точку А можно назвать виртуальной землей. Через резистор R_ВХ протекает ток

, (2.3)

направление которого зависит от полярности входного напряжения. В R_ВХ входит также и внутреннее сопротивление источника сигнала. Согласно правилу 2 ток протекающий через сопротивление обратной связи также равен I. Этот ток создает на R_ОС падение напряжения .

С учетом (2.3) это напряжение определяется следующим образом:

.

Учитывая, что точка А потенциально заземлена, напряжение на выходе ОУ равно

, (2.4)

где - коэффициент передачи напряжения инвертирующего усилителя с ОС.

Знак «-» показывает, что выходное напряжение находится в противофазе со входным.

Ток нагрузки I_Н определяется только её сопротивлением R_Н и U_ВЫХ : I_Н =U_ВЫХ /R_Н . Ток в нагрузку отдает выходная цепь ОУ: I_ВЫХ =I+I_Н . Максимальное значение I_ВЫХ зависит от ОУ (типовое значение 5…20 мА). Сопротивление R_Н должно быть таким, чтобы величина I_ВЫХ не превышала максимально допустимого значения для данного ОУ. В противном случае ОУ теряет работоспособность.

Входное сопротивление усилителя (рис. 2.2) для генератора Е_ВХ равно R_ВХ . Поэтому для повышения входного сопротивления схемы необходимо увеличение сопротивления R_ВХ ( R_ВХ ≥ 10 кОм).

Неинвертирующий усилитель. Усилитель, рис. 2.3 не инвертирует входной сигнал.

В отличие от инвертирующего, неинвертирующий усилитель обладает большим входным сопротивлением. Согласно правилам 1 и 2 ток в цепи обратной связи I=Е_ВХ /R и создает падение напряжения на резисторе R_ОС равное Е_ВХ R_ОС /R.

Учитывая, что выходное напряжение складывается из падений напряжений на резисторе R_ОС и R можно записать:

, (2.5)

где К_ОС =(1+R_ОС /R) - коэффициент передачи напряжения неинвертирующим усилителем.

Сравнивая (2.4) и (2.5) нетрудно заметить, что коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя равен абсолютной величине коэффициента усиления инвертирующего усилителя плюс единица.

Дифференциальный усилитель. Усилители сигналов применяются в различных электронных измерительных устройствах. Дифференциальный усилитель, рис. 2.4, дает возможность измерять и усиливать слабые сигналы. Все применяемые резисторы прецизионные (с допуском не более 1%). Положим, что источник напряжения Е₁ замкнут накоротко. Для источника Е₂ схема является инвертирующим усилителем с коэффициентом усиления -m, т.е. .

Если закорочен источник Е₂ , то напряжение Е₁ делится резисторами R и mR. Напряжение на входе (+):

Для напряжения U(+) схема является неинвертирующем усилителем с коэффициентом усиления (1+m).

При наличии обоих источников напряжения (Е₁ ¹0, Е₂ ¹0) выходное напряжение равно:

, (2.6)

где m - дифференциальный коэффициент усиления.

Выходное напряжение дифференциального усилителя пропорционально разности напряжений приложенных к инвертирующему и неинвертирующему входам.

При наличии Е₁ -Е₂ =0 выходное напряжение равно нулю, то есть для синфазного входного напряжения U_ВЫХ =0.

В идеале Е_СИНФ никак не влияет на выходное напряжение усилителя. В действительности же за счёт отличия К_СИНФ от нуля U_ВЫХ , хотя и в очень незначительной степени, отслеживает изменения Е_СИНФ .

Благодаря тому, что