Материал: LS-Sb87083

дифференциальных входов ОУ, то получится базовая схема охваченного обратной связью неинвертирующего усилителя (рис. 3.3).

Коэффициент обратной связи R1 R1 R2 . Коэффициент усиления

В случае идеального ОУ ( AОУ ) коэффициент усиления K данной схемы определяется как K 1 1 R2 / R1 .

Важным особым случаем неинвертирующего усилителя является случай, когда 1, т. е. R2 0 и R1 . Рассмотрим схему такого усилителя, имеющего коэффициент усиления, равный 1 (рис. 3.4).

Подобная схема включения называется следящей и используется, как и схема эмиттерного повторителя, в качестве преобразователя сопротивления (увеличение входного и уменьшение выходного сопротивлений схемы). Существенным преимуществом такой схемы является то, что разница между выходным и входным напряжениями составляет единицы милливольт.

3.1.4. Инвертирующий усилитель

Рассмотрим ещё один способ включения омической обратной связи

(рис. 3.5).

16

Выше частоты f1 частотная характеристика определяется инерционным

звеном с минимальной граничной частотой. Коэффициент усиления в этой области падает (наклон 20 дБ/дек), а фазовый сдвиг выходного напряжения относительно входного достигает значения –90°. Выше частоты f2 начинает

действовать второй фильтр нижних частот, коэффициент усиления уменьшается сильнее (наклон 40 дБ/дек), а фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями достигает величины –180°. Это означает, что входы ОУ фактически поменялись ролями, и отрицательная обратная связь в этой ча-

17

стотной области становится положительной. Автоколебания в схеме могут возникнуть при наличии частоты, для которой фазовый сдвиг по цепи обратной связи становится равным нулю (условие баланса фаз), а коэффициентAОУ 1 (условие баланса амплитуд).

Ряд операционных усилителей имеют встроенные цепи коррекции.

3.1.6. Скорость нарастания выходного сигнала

Коррекция частотной характеристики ОУ даёт нежелательные эффекты: уменьшение полосы пропускания и ограничение скорости нарастания выходного напряжения. Второй динамической характеристикой ОУ является скорость нарастания выходного сигнала, значение этого параметра обычно лежит в пределах 3…50 В/мкс.

Скорость нарастания выходного напряжения определяется при подаче на вход схемы импульса прямоугольной формы. Она прямопропорциональна значению выходного тока дифференциального каскада и частоте среза ОУ. Существенно бóльшими скоростью нарастания выходного напряжения и частотой среза, по сравнению с ОУ на биполярных транзисторах, обладают ОУ на полевых транзисторах на входе.

3.1.7. Некоторые применения операционных усилителей

Схема суммирования. Для суммирования нескольких напряжений можно применить операционный усилитель в инвертирующем включении. Входные напряжения через добавочный резистор подаются на инвертирующий вход ОУ (рис. 3.7).

Согласно первому закону Кирхгофа можно записать

Uвх1R1 Uвх2 R2 Uвхn Rn UвыхR0 0 .

Отсюда

Uвых Uвх1 R0 R1 Uвх2 R0R2 Uвхn R0 Rn

или

18

Схема вычитания. На рис. 3.8 приведена схема вычитания сигналов, построенная на ОУ с омической отрицательной обратной связью.

Коэффициент передачи по инвертирующему входу равен K R4 R2 , по неинвертирующему – K R3 1 R4 R2 R1 R3 .

Параметры схемы подбираются таким образом, чтобы выполнялось условие K K K. В этом случае напряжение на выходе схемы

Uвых K Uвх1 Uвх2 .

3.2.Фильтр нижних частот

В общем случае полоса пропускания фильтра определяется как интервал частот 0 c , полоса задерживания – как частоты 1 , переходная об-

ласть – как диапазон частот c 1. Эти частоты обозначены на рис. 3.9,

се пропускания и 0,1 A2 0,00001 – минимальное затухание в полосе за-

держивания).

Передаточная функция ФНЧ в общем виде может быть записана как

19

где c1 , c2 , , cn – положительные действительные коэффициенты. Порядок фильтра определяется максимальной степенью переменной p . Для

реализации фильтра необходимо разложить полином знаменателя на множители. Если все корни полинома знаменателя являются отрицательными и действительными, то передаточная функция может быть представлена как

где ai и bi – положительные действительные коэффициенты, значения которых приведены в прил. А, (b1 0 для нечётных порядков полинома).

В приложении также приведены значения нормированных частот срезаи значения добротности полюсов Qi bi ai для каждого сомножителя

полинома знаменателя.

Квадрат АЧХ нормированного ФНЧ Баттерворта n -порядка определяется выражением

20