Преобразователи аналоговых сигналов на ОУ

Обычно функции, выполняемые ОУ, определяются элементами обратной связи. На основе ОУ могут быть построены масштабные усилители, повторители, сумматоры, интеграторы, стабилизаторы тока и напряжения, активные фильтры, усилители переменного тока, генераторы импульсных сигналов, функциональные преобразователи, схемы сравнения и пр.

Повторитель напряжения (рис. 1) представляет собой усилитель, охваченный 100% отрицательной обратной связью по выходному напряжению. Для повторителя U_вых = U_вх.

Рисунок 1

Неинвертирующий масштабный усилитель (рис. 2).

Рисунок 2

Очевидно,

. (1)

. (2)

Тогда

.

Т.к. статический коэффициент усиления ОУ К₀ велик, то

. (3)

Следует отметить, что коэффициент усилителя не зависит от параметров ОУ и не может быть меньше единицы, а фазы входного и выходного напряжений совпадают.

Инвертирующий масштабный усилитель (рис. 3). Здесь входной сигнал и сигнал обратной связи подаются на инвертирующий вход ОУ. В отличие от предыдущей схемы входной сигнал подается на вход ОУ не непосредственно, а через делитель R1-R_ос.

В связи с тем, что входное сопротивление ОУ велико, считаем, что ток во входной цепи равен току обратной связи.

Т. к. ОУ обладает высоким статическим коэффициентом усиления, то

.

С учетом приведенных выше допущений

; ; .

Рисунок 3

Тогда

. (4)

Для инвертирующего усилителя фазы входного и выходного напряжений сдвинуты относительно друг друга на 180⁰. Входное сопротивление усилителя практически равно сопротивлению резистора R_ос.

При любых входных сигналах разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами стремится к нулю.

В дифференциальном усилителе (рис. 4) входной сигнал подается на прямой и инверсный входы. Особенностью такого усилителя является значительное ослабление синфазных помех.

Рисунок 4

Для приведенной схемы

. (5)

Интегратор (рис. 5) представляет собой ОУ, в цепь обратной связи которого включен конденсатор.

Для интегратора

. (6)

В выражении (6) произведение R1*C1 имеет размерность времени и называется постоянной времени интегрирования.

Рисунок 5

Усилитель с убывающим коэффициентом усиления (рис. 6,а) и его передаточная характеристика (рис. 6,б).

а) б)

Рисунок 6

Схема работает следующим образом.

При положительных входных напряжениях стабилитроны открыты и выходное напряжение

. (7)

При U_вх < 0 и |U_вх| < U_VD2

. (8)

При U_вх < 0 и U_VD2 < |U_вх| < U_VD1

. (9)

При U_вх < 0 и U_VD1 < |U_вх|

. (10)

Стабилизатор тока. Один из возможных вариантов стабилизатора тока приведен на рис. 7. Величина тока нагрузки определяется входным напряжением U_вх. Транзистор обеспечивает усиление выходного тока. Данное устройство можно рассматривать как усилитель с последовательной отрицательной обратной связью по току.

Рисунок 7

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Касаткин В.С., Немцов М.В., Электротехника. - М.; Энергоатомиздат, 2000.

2. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985.

3. Основы теории цепей; Учебник для ВУЗов. /В.П.Бакалов и др. 2-ое изд. перераб. и доп. – М.; 2000.

4. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.

5. Прянишников В.А. Электроника. - СПб; Корона принт, 2002.

6. Хоровиц П., Хилл У.. Искусство схемотехники.- М.:Мир, 1997.

7. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.

Дополнительная

1. Алексеенко А.Г., Шагурин Н.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.

2. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Попов В.П., Основы теории цепей.- Учебник для ВУЗов.- 3-е изд. испр.-М.: Высшая школа, 2000.

4. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. в 2-х томах, Под ред. Д.И. Панфилова ДОДЭКА, 1999.-т.1-Электроника.

5. Электротехника/Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

Лекция №15 – 16