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.

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:

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:

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:

На инвертирующем входе будет точно такое же значение напряжения. Запишем выражения для тока , протекающего по цепи выход - $R_2$ - $R_1$ - вход 1:

Из этих выражений легко получаем значение выходного напряжения:

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:

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.