Книга: Схемотехника аналоговых электронных устройств

6.5. Разновидности УУ на ОУ

6.5. Разновидности УУ на ОУ

На основе ОУ может быть выполнен разностный (дифференциальный) усилитель, схема которого приведена на рисунке 6.10.


Рисунок 6.10. Разностный усилитель на ОУ

Разностный усилитель на ОУ можно рассматривать как совокупность инвертирующего и неинвертирующего вариантов усилителя. Для Uвых разностного усилителя можно записать:

Uвых = KU инвUвх1 + KU неинвUвх2R3/(R2 + R3).

Как правило, R1=R2 и R3=Rос, следовательно, R3/R2=Rос/R1=m. Раскрыв значения коэффициентов усиления, получим:

Uвых = m(Uвх2Uвх1),

Для частного случая при R2=R3 получим:

Uвых = Uвх2Uвх1.

Последнее выражение четко разъясняет происхождение названия и назначение рассматриваемого усилителя.

В разностном усилителе на ОУ при одинаковой полярности входных напряжений имеет место синфазный сигнал, который увеличивает ошибку усилителя. Поэтому в разностном усилителе желательно использовать ОУ с большим КОСС. К недостаткам рассмотренного разностного усилителя можно отнести разную величину входных сопротивлений и трудность в регулировании коэффициента усиления. Эти трудности устраняются в устройствах на нескольких ОУ, например, в разностном усилителе на двух повторителях (рисунок 6.11).


Рисунок 6.11. Разностный усилитель на повторителях

Данная схема симметрична и характеризуется одинаковыми входными сопротивлениями и малым напряжением ошибки, но работает только на симметричную нагрузку.

На основе ОУ может быть выполнен логарифмический усилитель, принципиальная схема которого приведена на рисунке 6.12.


Рисунок 6.12 Логарифмический усилитель на ОУ

P-n переход диода VD смещен в прямом направлении. Полагая ОУ идеальным, можно приравнять токи I1 и I2. Используя выражение для ВАХ p-n перехода {I=I0·[exp(U/?T)–1]}, нетрудно записать:

Uвх/R = I0·[exp(U/?T) – 1],

откуда после преобразований получим:

Uвых = ?T·ln(Uвх/I0R) = ?T(lnUвх – lnI0R),

из чего следует, что выходное напряжение пропорционально логарифму входного, а член lnI0R представляет собой ошибку логарифмирования. Следует заметить, что в данном выражении используются напряжения, нормированные относительно одного вольта.

При замене местами диода VD и резистора R получается антилогарифмический усилитель.

Широкое распространение получили инвертирующие и неинвертирующие сумматорына ОУ, называемые еще суммирующими усилителями или аналоговыми сумматорами. На рисунке 6.13 приведена принципиальная схема инвертирующего сумматора с тремя входами. Это устройство является разновидностью инвертирующего усилителя, многие свойства которого проявляются и в инвертирующем сумматоре.


Рисунок 6.13. Инвертирующий сумматор на ОУ

При использовании идеального ОУ можно считать, что входных токов усилителя, вызванных входными напряжениями Uвх1, Uвх2 и Uвх3, равна току, протекающему по Rос, т.е.

Uвх1/R1 + Uвх2/R2 + Uвх3/R3 = –Uвых/Rос,

откуда


Из полученного выражения следует, что выходное напряжение устройства представляет собой сумму входных напряжений, умноженную на коэффициент усиления KU инв. При Rос=R1=R2=R KU инв=1 и Uвых=Uвх1+Uвх2+Uвх3.

При выполнении условия R4=Rос?R1?R2?R3 токовая ошибка мала, и ее можно рассчитать по формуле Uош=Uсм(KU ош+1), где KU ош=Rос/(R1?R2?R3) — коэффициент усиления сигнала ошибки, который имеет большее значение, чем KU инв.

Неинвертирующий сумматор реализуется также как и инвертирующий сумматор, но для него следует использовать неинвертирующий вход ОУ по аналогии с неинвертирующим усилителем.

При замене резистора Rос конденсатором C (рисунок 6.14) получаем устройство, называемое аналоговым интегратором или просто интегратором.


Рисунок 6.14. Аналоговый интегратор на ОУ

При идеальном ОУ можно приравнять токи I1 и I2, откуда следует:


или


Точность интегрирования тем выше, тем больше Ku ОУ.

Кроме рассмотренных УУ, ОУ находят применение в целом ряде устройств непрерывного действия, которые будут рассмотрены ниже.

Оглавление книги


Генерация: 0.367. Запросов К БД/Cache: 2 / 0
поделиться
Вверх Вниз