Электроника в вопросах и ответах

На рис. 8.11 представлена простейшая схема операционных усилителей. Схема на рис. 8.11, а является усилителем, не инвертирующим фазу. Управляющее напряжение подводится к неинвертирующему входу, тогда как на инвертирующий вход подается часть выходного напряжения с помощью резистивного делителя R₁R₂. Коэффициент усиления схемы выражается следующим образом:

K = U₂/U₁ = (R₁ + R₂)/R₁

и зависит только от сопротивлений резисторов в цепи ОС. Эти сопротивления должны быть выбраны таким способом, чтобы сопротивление их параллельного соединения было равно сопротивлению источника.

Используя в неинвентирующем усилителе R₁ = , получаем коэффициент усиления по напряжению, равный единице. При этом схема работает, как повторитель напряжения (рис. 8.11, б). Из-за максимального входного сопротивления усилитель называют иногда сепаратором с единичным усилением.

Рис. 8.11. Основные схемы с операционными усилителями:

_{а — усилитель без изменения знака: б — повторитель напряжения; в — усилитель с изменением знака; г — разностный усилитель}

На рис. 8.11, в представлен инвертирующий усилитель. Входной сигнал через резистор R₁ подается на инвертирующий вход. На этот же вход через резистор R₂ поступает с выхода напряжение ООС. Неинвертирующий вход заземляется. Коэффициент усиления схемы зависит от отношения сопротивлений резисторов R₁ и R₂

K = U₂/U₁

= — R₂/R₁ 

и может быть меньше или больше единицы. В особом случае, когда R₂ = R₁ схема имеет коэффициент усиления, равный единице, и меняется лишь полярность выходного сигнала по сравнению с полярностью входного. Поэтому схему называют иногда схемой изменения знака.

Операционный усилитель может выполнять функцию разностного усилителя с ОС, служащего для вычитания или взаимной компенсации двух напряжений. При обеспечении отношения R₂/R₁  = R₄/R₃  выходное напряжение должно быть пропорционально разности входных напряжений, подведенных от отдельных источников К инвертирующему и неинвертирующему входам (рис. 8.11. г).

Может ли операционный усилитель выполнять математические операции?

Да. Помимо уже упомянутых функций изменения знака и вычитания операционный усилитель может простым способом осуществлять операции сложения, интегрирования и дифференцирования, благодаря чему находит широкое, применение в аналоговых вычислительных машинах.

Суммирующий усилитель (рис. 8.12) является особым случаем усилителя, инвертирующего фазу. Подлежащие суммированию напряжения подаются на три входа, отдаленные от входа операционного усилителя резисторами R₁ — R₃. Усиление этой схемы для каждого из входов равно отношению сопротивления резистора R₄ к сопротивлению соответствующего входного резистора.

Рис. 8. 12.Суммирующий усилитель

При подборе одинаковых сопротивлений R₁ = R₂ = R₃ = R₄ на выходе получают алгебраическую сумму напряжений. Примером использования суммирующей схемы может быть схема, микширующая несколько акустических сигналов, например сигналы с трех микрофонов, которые должны усиливаться общим усилителем мощности.

Интегрирующая схема, или интегратор, представлена на рис. 8.13. Как известно, интегрирующей схемой называется RС-фильтр нижних частот (рис. 8.13, а), у которого выходное напряженно пропорционально интегралу входного напряжения. Аналогичный эффект, но с усилением, получаем при использовании конденсатора в цепи ОС операционного усилителя (рис. 8.3, б).

Рис. 8.13.Интегрирующая схема:

_{а — RС-цепочка; б — схема с операционным усилителем}

Дифференцирующая схема изображена на рис. 8.14. Дифференцирующей схемой является RC-фильтр верхних частот (рис. 8.14, а), характеризующийся тем, что напряжение на его выходе пропорционально производной входного напряжения. В отличие от интегрирующей в дифференцирующей схеме в петле ОС операционного усилителя находится резистор, а не конденсатор.

Рис. 8.14.Дифференцирующая схема:

_{а — RC-цепочка; б — схема с операционным усилителем}

Может ли операционный усилитель работать как компаратор?

Да. Используя операционный усилитель без цепи ОС, можно получить схему сравнения двух напряжений, или компаратор. В идеальном усилителе при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю. Если подать на один из входов некоторое опорное напряжение, можно получить схему, сигнализирующую о том, является ли измеряемое напряжение больше или меньше опорного. Если подведенное к другому входу напряжение превышает опорное, то выходное напряжение имеет положительное значение, если меньшее — отрицательное.