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.
Сразу же переходим к делу, и первой схемой, которую мы рассмотрим будет схема, 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:
Давайте разберемся, как это устройство работает. Пусть переключатель находится в режиме инвертора. Тогда на неинвертирующем входе будет напряжение: U_+ = 0\medspace В. А значит и U_- = 0\medspace В. Определим, какое напряжение будет на выходе. При таком положении переключателя мы получаем обычный инвертирующий усилитель, а для него:
U_{вых} = -\frac{R}{R}\medspace U_{вх} = -U_{вх}Получается, схема работает как инвертор. Пусть теперь переключатель в режиме повторителя. Тогда на неинвертирующем входе U_+ = U_{вх}. Соответственно, и U_- = U_{вх}. Вход операционного усилителя ток не потребляет, тогда определим, какой ток протекает по цепи вход - R - R - выход:
I = \frac{U_-\medspace-\medspace U_{вх}}{R} = \frac{U_{вых}\medspace-\medspace U_-}{R} => \frac{ U_{вх}\medspace-\medspace U_{вх}}{R} = \frac{U_{вых}\medspace-\medspace U_{вх}}{R}Получаем, что U_{вых}\medspace-\medspace U_{вх} = 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:
В этой схеме на резисторе R_4 из-за обратной связи будет падать напряжение, равное (U_{Vcc}\medspace-\medspace U_{вх}). Соответственно, эмиттерный ток транзистора равен: I_э = \frac{U_{Vcc}\medspace-\medspace U_{вх}}{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 схема:
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_2 - R_1 - вход 1:
I = \frac{U_-\medspace-\medspace U_1}{R_1} = \frac{U_{вых}\medspace-\medspace U_1}{R_1 + R_2}Из этих выражений легко получаем значение выходного напряжения:
U_{вых} = \frac{R_2}{R_1}\medspace (U_2\medspace-\medspace U_1)Получаем дифференциальный усилитель. Напряжение на выходе пропорционально разности напряжений на его входах.
Ну и еще одну схему 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:
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_{вых}\medspace-\medspace U_-}{R} = -(\frac{U_1}{R}+\frac{U_2}{R}+\frac{U_3}{R})Вот и получаем: U_{вых} = -(U_1 + U_2 + U_3). Получили суммирование? Получили! Значит все правильно, суммирующий усилитель суммирует.
Итак, мы рассмотрели ряд практических схем на операционном усилителе, и на этом и заканчиваем сегодняшнее обсуждение, до новых статей.
