Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Рассмотрим типовые устройства, которые могут быть построены с использованием ОУ. Прн этом будем полагать, что основные грсбования ь электрическим параметрам ОУ, сформулированные 267 Рпс. 8.!. Схема по»тор»теля напряжен»я в предыдущей главе, выполняются, н мы имеем дело с идеал~ ным ОУ. Прк необходимости влияние реальных параметров и, свойства разрабатываемых на основе ОУ устройств будут сп циально рассмотрены, Далее будем пользоваться следующими обозначениями: с!..„— входное напряжение на неинвертирующем входе ОУ; сГ,„» — входное напряжение на инвертирующем входе ОУ„ К, ° — выходное напряжение ОУ; Ксч — коэффициент усклеккя ОУ на постоянном токе. ал. НонтОРнтель нАпРяжения и,„„=и К .
оос = К в !! + Кис! К оас К аФ! + Киа! 18.1) что хорошо согласуется со свойствами ОУ. Действительно, напр» жение, приложенное между входами ОУ, передается иа выход коэффициентом усиления Кое, т. е. при любом выходном капрп женин »па»=п໠— мвх» "акаы»1Кио, В случае Кно ы оо полрчим йи,. О И иван Квых. Появление любого входного напряжения сразу приводит к по ЯВЛЕНИЮ РаЗНОСтк Кв» н Ивх и Квых Иах н, Эта РаЗИОСТЬ ПЕРЕДа ваясь на выход ОУ, изменяет его выходное напряжение так, что бы скомпенсировать возникшее отклонение н восстановить усло вне (8.11. Учитывая, что собственное входное сопротивление ОУ Йвав стре мится к бесконечности, а выходное сопротивление А',ыхе стремите» к нулю, можно сказать, что рассмотренная схема подобно амит.
терному или нстоковому повторителю находит практическое при менение в качестве буферных илн согласующих элементов. 288 Схема повторителя напряжения, построенная на основе Ой, приведена на рис. 8.!. Это усилитель, охваченный целью послед нательной ООС по выходному напряжению с коэффициентом перс дачи Ьос — — 1, т. е. !ОО'та-ной ООС. Свойства такого усилителя но добны свойствам эмкттерного или нстокового повторителя н длн него выполняются условия 82. НВННВЕРТНРИОШИЙ УСИЛИТЕЛЬ Схема повторителя, приведенная на рис. 8.1, не ннвсртнр»кала ииодной сигнал.
Однако вследствие единичной ООС ег к»эффи ииент передачи равнялся единице. Для получения коэффициента передачи, превышающего единицу в схеме на рис. 8.1, иеобх»димо ~бсспечить Ьо«1. Для этого в цепь ООС необходимо ввести делитель напряжения. Схема выполненного таким образом усилн. ыля приведена на рис. 8.2. Коэффициент передачи делителя в кепи ООС определяется из выражении Ь„- г,у(г„+ 2,). (8.2) 1»гда коэффициент передачи усилителя (рис. 8.2) в силу выражений (5.20) будет равен Кп оос КсчЛ1+ Кпайос) = Коо41+ ЕтКио)(атос+ Е4 1. Учетом Ко~ оо окончательно полУчим Ки о»с (2~ + ЕосЧЕ~ 1 + Еос/2~ 1/Ьос (8 3) 1)з полученного вырамсеиня можно сделать следующие выводы: коэффициент передачи иеннвертнрующего усилителя обратно пропорционален коэффициенту передачи цепи ООС; при любых сопротивлениях резисторов в цепи ООС козффиииент передачи неинвертирующего усилителя не может быть мень- не единицы.
Последний вывод непосредственно вытекает нз свойств Оу. 1(ействительно, для уменьшения коэффициента передачи в рас. ~ матриваемой схеме необходимо увеличить коэффициент передачи щпи ООС. Пределом такого увеличения является Ьос=1. Однако п этом случае схема на рис. 8.2 превращается в схему на рис. 81, е. в схему повторителя напряжения. Отсюда следует, что коэффициент передачи неинвертнрующего усилителя не может быть менее 1. Часто единицей в выражении (8.3) можно пренебречь и при иределеини коэффициента передачи использовать упрощенное ныражеиие Ни оос ян Еос/г3' (м) 1:ледует напомнить, что в рассмотренном усилителе фазы входи»го н выходного напряжений совпадают.
пример 8.1. Испольэуи ОУ типа К1чоУЛЬБ, спроеитировать иенивертирую. ииы усилитель с иоэффипиеитом передачи 100 и входным сопротивлением 1иОм. г потаенное входное сопротивление ОУ й„ь-3 иОм. Решение 1. Определим входное сопротивление усилители с пенью ООС. !ии иап в схеме иа рис. 8.2 введена пень последовательной ООС, то длп вход. 289 Ппс. 6.2. Схема неннвертнруюгдето уснлнтел ° ного сопротнвлення »снлнтеля по постоянному току справедлнао пыра кение [5 30) Й, оос 'Й е(1+Коей с) Используя выражеяне (5.20), найдем по нсходным данныи требуемое значенне глубаны ООС 1+КиеЬос Кии»ди оо», 2500(!00ш25 тогда Йаа оос=З 25 75 кОм. 2. Для получення требуеыого входного сапротнвлення между неннве!ня руюшны входом ОУ н обшей анной необходимо включать дополннтельньй ри знстор А'„ Йа» Йаа»А»» оос((Й»»а+ Йа» оис)' Йааа Йаайа» оогl(Й»» иос -Йа*) -1 75/(75 — 1)-1,0!3 кОы Принимаем Йа,„=! кОы 3 Определнн требуемое сояротнвленне резистора Аос 1+Ки»Ь»а !+Кией»((Й~+йос), откуда.
прнннная Йа Й... найден Коо ь! (!+Коей Д) 2)00 ! — 25 «!+К„„Ь ) — ! ' 25 — ! Используя прнблнженное выражеш»е (83) для Йис, получнн Йоа Й»!Киои» вЂ” !» 1(100 — 1)=99 кОы Сравннвая результаты, можно сказать, что расчет по прнблпженноыу пы! жанны ($.3) дал погрешность праблнзнтельно 4»)а, что с кнасенераой точен Ча ння вполне допустимо Очеандно, что прп увелнченпн Кш зтз погрешность пг дет уменьшаться. 33. иивертируюпйии усилитель хг схемах повторителя н неинвертирующего усилителя си!ннч ООС аоос м входной сигнал и„, подавались на различные ° ды ОУ.
Для получения ннвертирующего усилителя входной сг и сигнал обратной связи должны подаваться на одни и то инвертнрующнй вход, т. е. цепь ООС превращается из поели. 230 рве. В.З. Слева вввертвруювеегв утлавтеав )и апет ~ льнои в параллельную. При этом нсинвертнрующнй вход. как правило, соединяют с общей шиной. Гпповая схема нивертпруюшгго усилителя на ОУ приведена па рнс. 8.3. Для данного усилителя в случае нулевого выходного сопротпв- ~ ппя источника входного сигнала коэффициент передачи цепи ' ~ и: также определяется нз выражения (8.2). Однако в отличие пеннвертнрующего усилителя входной сигнал попадает на ° и ОУ не непосредственно, а через делитель напряжения, обраапный этими же резисторами.
Предполагая, что выходное согявление ОУ равно нулю, для коэффициента передачи усилив (рис. 8.3) можно записать ~ос Кьа " ~ оос = КаелКиоП ) + Кивйог) ~ ' "-ос ' ~хедив(~ос~д1) * )) лагая (как н в предыдущем случае) К~а во, получим Киоос "Еос~Еи (8,5) )) ~ выражения (8.5) следует, что в отличие от неипвертнрующего и »лителя выбором резисторов цепи ООС коэффициент передачи шгвгртирующего усялнтеля может быть уменьшен до сколь угодно вялой величины.
Сделанный вывод не ошачает, что собственно пвирижеине, присутствующее на входе ОУ, передается на его вывгв г коэффициентом передачи, меньшим единицы. Это противоречило бы свойствам ОУ. ) ) ~мененне коэффициента передачи усилителя до величины, Мгныпей единицы, достигается за счет действия входного делигтвв Действительно, в предельном случае, когда 2<с=0. коэффийп иг передачи цепи ООС Ьос ) н собственный коэффициент перевязи сигнала со входа ОУ равен единице. В этом случае выполняетсяя условно пал в = пава.
Однако коэффициент передачи делителя, ~)йегечнвающего необходимый входной сигнал ОУ, снижается до аула (Ка; =О). Вследствие этого суммарный коэффициент пере4ачн всего ОУ также снижается до нуля. Для инвертирующего ))ривигеля фазы входного н выходного напряжений сдвинуты от())в пи льио друг друга на )80'.
Поэтому, строго говоря, перед прайиа частью выражения (8.5) должен стоять знак минус, 291 Изменение типа ООС приводит к тому, что входное сопротн« ление ОУ определяется выражением (5.32). При активном хара« тере сопротивлений 1»~"Кос '"ос )»э. нос =" (((1, !ч„ч,(1 сКио)+)'ос !+Кис Выходное сопротивление *инвертирунзп(его усилителя вследстии того, что цепь ООС по-прежнему выполнена по напряжении), мал и определяется выражением (5.34). Пример Ва.
Лля исходных данных примера В.! рассчитать пнвертируюш~ усилитель по схеме на ряс. ВЗ. Опрележ»ть шчгрешипсть, возинхаюшую прп и пользовании точных и !»рнблг!м,гпных выра;некий, Р е ш е и и е 1 Определим точные сопротивления резисторов 2»=йг и 2о Мог. Для этого по первому закону ((ирхгофа запишем уравнении отиосител по токов инвертнрующего входа ОУ ! )ос+)он или (и..— и,.
ПИ,- (вю он — (»...нй, +(г.. )и. Учитывая, что йзч. — О,„охдез, найдем точное выражение для хозффии ента передачи иивертирующего )силителя К иенос((чю игн:с = 11 9 (1)К )()( ()(+о Полное ачодиое сопротивление усилителя йосй 4)( (й "ь(!+Кио)4 Кос) Кш Я,ч )9„, о»„- Аг )т К ос ь ехь(! т ио) Решим уравнение, полученное для Кгоо. относительно (ги ((ос)з х.
(Кие Ки оос ) й, Ки оос)Кос ~ с('+Кие)) Подставив найден»юе значение и, в уравнение для )(„гг решив его относи тельно )(ос, получьм )»ех)г х'и ооС('+ "ие ) 1)ос("па (Киоос) (7 "иоос Используя полученные пыра;кения, найден Кос и й~ )гг = (1 3 !00(1+25001)/)3(2500+100)-1 100) -9744 кОм. )(» )97,44 3(2500-100))/(100)97,44+3(1+2500))) 0923 кОм. 2. Определим сопротивления резисторов, используя прнблнженкые вираже ння. о» Л».— оо о >«.
(т». о и ?(1-! л>,»1; Ло...-по,?Л, Ре>няя ирна»лениг«> енетел>у ураанеии» отиоентельт>о й -, наиде« нел>(лт оос (! > Ат>о) ! ' 100 ( ! '! 25(Ф А' -96,!5 «Ол>. ! ЬА',и+А'ооос 'З25(Ю !00 Йыоо»-96.!5/(1 т2500! 00за «Ом; !(> ! — Г«038 0.96 «Ом. 3 ОпРеделим точное значение Коо««дли иааденныт иР«блин>енныл сопРоиилениа Л> и йос 2500 96,15 3 о оос — 3.0,96(1+2500) +96, !5(0,96+3) Полученное значение отлнчаетея от заде«и>и > не более чем иа 5 >5, что »полне допустимо. Результаты расчета показали, что даже прн не очень больших печениях зл>>о приближенные выражения дают приемлемую точ- « гть вычислений, Следует отметить н еще одну особенность полученных резуль >илов. Входное сопротивление усилителя практически равно сопро >ннлснню резистора Е!.
так кан неносредствснно входное сопротнв- и ине усилителя (л>„«>«>с стремится к нулю. Данный результат г>ъясняется действием цепи параллельной ООС, которая, как было показано в 9 5.?, снижает входное сопротивление усиди- >!'ли. Из сказанного следует, что прн люб>:! входном токе напряже- ние на ннвертнруюшем входе ОУ будет равно нулю.
В рассматри- ваемой схеме напряженяе на неинвертпр!«ющем входе также равно нтз!ю. Следовательно, при любых входных спгна,нах разность на ирнжений между нпвертируюрдим и >н инвертируюпшм входамп Инмится х нулю. Это подтверждает сделанный ранее вывод о ы>м. что ОУ чувствителен только к разности входных напряжений, >ипоран прн больших значениях зтоо исчсза«ице мала. ад. ВЛИЯИНЕ ПАРАМЕТРОВ РЕА»1ЬЙОГО ОУ ИА РАБОТУ УСИЛИТЕЛЯ При рассмотрении в гл. 7 основных параметров ОУ было ука. >ин»н что параметры реального ОУ, строго говоря, ие полное>ьн> »н>тветствуют требуемым параметрам идеального ОУ (си, !нбл. 7.! — 7.7).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
