Схемы на операционных усилителях.

Продолжаем разбираться с работой операционных усилителей и сегодня мы рассмотрим ряд схем на ОУ и разберемся, как они работают. Вот, кстати, первая статья про операционники, обязательно посмотрите — ссылка.

Исследование операционных усилителей

Схемы на операционных усилителях.

Сразу же переходим к делу, и первой схемой, которую мы рассмотрим будет схемка, позволяющая либо передать сигнал на выход без изменений, либо инвертировать его. В предыдущей статье мы обсуждали принцип работы инвертора и повторителя, а сейчас совместим их в одно устройство 😉

Схема на операционном усилителе

Давайте разберемся, как это устройство работает. Пусть переключатель находится в режиме инвертора. Тогда на неинвертирующем входе будет напряжение: U_+ = 0. А значит и U_- = 0. Определим, какое напряжение будет на выходе. При таком положении переключателя мы получаем обычный инвертирующий усилитель, а для него:

U_{out} = -\frac{R}{R} * U_{in} = -U_{in}

Получается, схема работает как инвертор. Пусть теперь переключатель в режиме повторителя. Тогда на неинвертирующем входе U_+ = U_{in}. Соответственно, и U_- = U_{in}. Вход операционного усилителя ток не потребляет, тогда определим, какой ток протекает по цепи вход — R — R — выход:

I = \frac{U_- - U_{in}}{R} = \frac{U_{out} - U_-}{R} => \frac{ U_{in} - U_{in}}{R} = \frac{U_{out} - U_{in}}{R}.

Получаем, что U_{out} - U_{in} = 0, то есть сигнал на выходе повторяет сигнал на входе. Что и требовалось доказать =)

С этим разобрались, двигаемся дальше.

На ОУ можно сделать неплохой источник тока для заземленной нагрузки. Для этого необходимо включить в цепь транзистор следующим образом:

Источник тока на операционном усилителе

В этой схеме на резисторе R_4 из-за обратной связи будет падать напряжение, равное (U_{Vcc} - U_{in}). Соответственно, эмиттерный ток транзистора равен: I_e = \frac{U_{Vcc} - U_{in}}{R_4}. Вот и получается, что падение напряжения на резисторе порождает эмиттерный ток, который в свою очередь порождает ток в цепи коллектора, то есть выходной ток 😉

Теперь у нас на очереди схема дифференциального усилителя. Что это вообще такое? А это такое устройство, напряжение на выходе которого пропорционально разности напряжений на входах. Вот схемка:

Дифференциальный усилитель на операционном усилителе

Давайте разбираться ) Подадим на вход 1 напряжение U_1, а на вход 2 — U_2. Тогда на неинвертирующем входе будет напряжение:

U_+ = U_2 * \frac{R_2}{R_1 + R_2}

На инвертирующем входе будет точно такое же значение напряжения. Запишем выражения для тока , протекающего по цепи выход — R_2R_1 — вход 1:

I = \frac{U_- - U_1}{R_1} = \frac{U_{out} - U_1}{R_1 + R_2}

Из этих выражений легко получаем значение выходного напряжения:

U_{out} = \frac{R_2}{R_1} * (U_2 - U_1)

Вот и получили дифференциальный усилитель. Напряжение на выходе пропорционально разности напряжений на его входах.

Ну и еще одну схемку давайте сегодня рассмотрим — так называемый суммирующий усилитель. Его работа заключается в том, что напряжение на выходе равно сумме напряжений на входе. Как это реализовать? Да очень просто:

Суммирующий усилитель на операционном усилителе

На неинвертирующем входе у нас U_+ = 0, значит и U_- = 0. Все как и в предыдущих схемах ) Снова запишем выражение для протекающего тока:

\frac{U_{out} - U_-}{R} = -(\frac{U_1}{R} + \frac{U_2}{R} + \frac{U_3}{R})

Вот и получаем: U_{out} = -(U_1 + U_2 + U_3)

Получили суммирование? Получили! Значит все правильно, суммирующий усилитель суммирует 😉

Разобрались мы с работой ОУ. На этом и заканчиваем сегодняшнее обсуждение!

Похожие статьи:

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *