Лекция 3

Лекция 3
.
Методы расчета схем на ОУ
Использование принципа «мнимой земли». Три условия возможности его использания:
-ОУ идеален,
-ОУ охвачен отрицательной обратной связью,
-ОУ находится в линейном режиме
I
U вых
U вх 
.
К
R2
+Uг
R1 Uвх
-Uвых
Рис. 1. Схема усилителя-инвертора на ОУ
-E<Uвых<+E, т.е. Uвых – конечная величина.
ОУ идеален: K=∞. Отсюда Uвх=0, т.е. «земля» и ток течет в «землю» (общую шину).
В схеме на рис.1 ток течет в цепь ОС.
+
Uг I
-
Рис. 2.
R1
I
UГ
R1
I
R2
I
R1
Рис. 3. Схема неинвертирующего усилителя на ОУ
+Uг
Uвх
Uвых
+Uг
Напряжение между входами ОУ равно 0.
Метод наложений (суперпозиций).
I0
R0
U1
U2
R1
R2
I1
Uвх
Uвых
Рис. 4. Схема инвертирующего усилителя-сумматора на ОУ
I2
………………...
Rn
Un
In
рис. 2.6 Схема инвертирующего усилителя-сумматора на ОУ.
I1 =
U1
U
U
, I 2 = 2 , ..., I n = n .
R1
R2
Rn
1 n
I0 =   U i
R i=1
R1 =R 2 =...=R n =R
R0 n
U ВЫХ =  Ui
R i=1
:
Пример необязательного использования метода
наложений – неинвертирующий усилитель-сумматор.
R2
R1
Рис. 5 Схема неинвертирующего усилителя-сумматора на ОУ
U1
R’
U0
Uвых
I1
U2
n
 Ii =0 I1 =
i=1
U1 -U 0
U -U
, I2 = 2 0 ,
R'
R''
..., In =
U1 -U 0 U 2 -U 0
U -U
+
+...+ n n 0 =0
R'
R''
R'
.
U n -U 0
.
n
R'
R”
I2
………………...
R’n
Un
In
рис. 2.9 Схема неинвертирующего усилителя-сумматора на ОУ
R'=R''=...=R'n =R 0
1 n
U0 =   Ui
n i=1
U1 +U2 +...+U n =n  U0
1+
R2
R1
R2
1 n
UВЫХ =   Ui  (1+
)
n i=1
R1
U1)
Схема дифференциального усилителя
mR
U1
R
Рис. 6. Схема дифференциального усилителя на ОУ
U0
U2
Uвых
R
mR
mR
mR
U1
R
R
U’0
U”0
U2
U”вых
R
R
mR
а)
mR
б)
рис. 2.11 Схема для определения выходного напряжения дифференциального усилителя по методу наложений.
Рис. 7. Схемы для определения выходного напряжения дифференциального усилителя по методу
наложений
U"0 =U 2
mR
m
=U 2
m  R+R
m+1
U"ВЫХ =(1+m)  U"0 =U 2  m
UВЫХ= UВЫХ  UВЫХ

= m∙(U2  U1)
Преобразователь тока в напряжение
.
>>
Простейший преобразователь тока в напряжение
Недостатки:
Uвых
-большое выходное сопротивление,
I
R
C
-неудовлетворительный частотный диапазон,
-возможные затруднения в работе источника
тока.тока в напряжение
рис. 2.12. Схема простейшего преобразователя
Рис. 8. Схема простейшего преобразователя тока в напряжение
Iос
Iвх
Рис. 9. Схема преобразователя ток-напряжение, выполненная на ОУ
+
>>
I
R
Uвх
Rвх
-
-
kU вх
+
UВХ =IВХ  R ВХ
U  K  U ВХ
IОС = ВХ
R
рис. 2.13. Схема преобразователя ток-напряжение, выполненная на ОУ
R  R ВХ
R ВХ.ОС =
R+(1+K)  R ВХ
τ=RC
R ВХ.ОС =
R
1+K
I=IВХ +IОС R ВХ.ОС =
τ=
R  (C M +C ВХ )
1+K
U ВХ
I
Преобразователь напряжения в ток
UГ  U0
Rн
+U0
UвыхОУ
+Uг
I
I
R
U0 UГ

R
R
Рис.10. Схема преобразователя напряжения в ток
Стабилизатор напряжения с использованием ОУ
R2
Rогр
R1
+
+
Uвх
-
Rогр
Uвых
-
Uвых
Uст
Uвх
рис. 2.15. Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне.
рис. 2.16 Стабилизатор напряжения с использованием усилителя-регулятора на ОУ.
Рис. 11. Схема стабилизатора напряжения на
стабилитроне
Рис. 12. Стабилизатор напряжения с использованием
усилителя-регулятора на ОУ
Логарифмический и антилогарифмический
усилитель
.
I
I
R
Uг
R
U0
+Uг
U0
Uвых
-Uвых
рис. 2.18 Схема антилогарифмического усилителя.
Рис. 12. Схема усилителя-логарифматора на ОУ
UД
I Д  I0  (e
φТ
I Д  I 0  e φТ
UД
 1) ᵠT =k∙T/q
UД
U Д  Т  ln
U ВЫХ  φ Т  ln
UГ
I0  R
IД
I0
Рис. 13.Схема антилогарифмического усилителя
I Д  I 0  e φТ
 Т  ln
UГ
I0  R
UД
U ВЫХ  I0  R  e φТ
UД =UГ
UГ
UВЫХ= ‒I0∙R∙ e
Т
.
Интеграторы и дифференциаторы на ОУ
Rш
С
Iс
Uг(t)
R
Ic
Кл.
+Uг(t)
-Uвых(t)
Uвых(t)
рис. 2.20 Схема дифференциатора на ОУ.
Рис. 14.Схема интегратора на ОУ
Q=  I c (t)dt
0
U (t)
IC = Г
R
U0
U0=0
рис. 2.19. Схема интегратора на ОУ
t
C
R
Рис.15. Схема дифференциатора на ОУ
UВЫХ =
t
1
U C =   IC (t)dt
C 0
 I ∙R
C
U ВЫХ  R  C 
t
1
 U Г (t)dt.
U ВЫХ =  UC = 
RC 0
1
j
U ВЫХ ==
jωRC ωRC
UГ = UГ0∙sinωt
UВЫХ = -jωRC
dU Г (t)
dt