Файл: конспект лекций схемотехника.pdf

такого резистора не потрібно, оскільки в них передбачені внутрішні ланцюги захисту від перевантаження. Ці ланцюги, як правило, обмежують вихідний струм ОП на рівні 10–30 мА. Відповідно нормальна робота підсилювача при великому вихідному сигналі забезпечується при опорах навантаження 0,5–1,5 кілоом і вище.

Рисунок 8.7 – Схема з захистом ОП від перевантаження

Для захисту від помилкової зміни полярності напруги живлення в ланцюгу живлення ОП можна використати діоди, а щоб усунути високочастотні перешкоди по шинах живлення у безпосередній близькості від відповідних виведень ІМС ОП розміщують керамічні конденсатори з ємністю від 0,01 до 0,1 мкФ. Під’єднання захисних діодів і конденсаторів показано на рисунку 8.8.

+Еж

VD1 С1

DA1

С2

VD2

-Еж

Рисунок 8.8 – Схема з захистом від помилкової зміни полярності напруги живлення

189

9 Функціональні пристрої на операційних підсилювачах

Операційні підсилювачі відносять до інтегральних мікросхем загального призначення, що застосовують у різних функціональних пристроях. За допомогою кола негативного зворотного зв'язку на операційних підсилювачах можна реалізувати велику кількість пристроїв, що перетворюють аналоговий вхідний сигнал. Крім того, операційний підсилювач дозволяє одночасно вводити як негативний, так і позитивний зворотний зв'язок. Для одержання позитивного зворотного зв’язку сигнал із виходу ОП необхідно подати на неінвертувальний вхід за допомогою кола 33. Така комбінація негативного і позитивного зворотних зв'язків використовується під час розрахунку параметрів активних фільтрів, генераторів та інших пристроїв.

Розглянемо деякі основні застосування операційних підсилювачів.

9.1Маштабувальні підсилювачі

9.1.1Інвертувальний підсилювач

На рисунку 9.1 наведена схема простого інвертувального підсилювача. Неінвертувальний вхід ОП заземлений. Операційний підсилювач охоплений паралельним негативним зворотним зв'язком за напругою, що утворений зовнішніми елементами R1 і R2 .

Обчислимо вираз для коефіцієнта підсилення схеми, використовуючи принцип «уявної землі». Відповідно до нього напруга між входами та вхідні струми ОП дорівнюють нулю.

190

Рисунок 9.1 – Інвертувальний підсилювач

Вихідну напругу даної схеми можна знайти, використовуючи 1-й закон Кірхгофа:

I1 I2 Iвх 0,

Uвх Uвих 0,

R1 R2

Uвих R2 Uвх .

R1

Таким чином, коефіцієнт підсилення інвертувального підсилювача дорівнює

ІП R1

а коефіцієнт зворотного зв'язку

Знак мінус у (9.1) вказує на те, що вихідна напруга знаходиться у протифазі (інверсно) з вхідною напругою. З (9.1) випливає, що інвертувальний підсилювач може мати коефіцієнт підсилення як більший за одиницю, так і менший від одиниці.

Щоб зменшити похибку в неідеальному операційному підсилювачі, зумовлену протіканням вхідного струму

191

еквівалентним опором R3 R1 R2 R1R2 (R1 R2 ).

9.1.2Неінвертувальний підсилювач

Схема неінвертувального підсилювача наведена на рисунку 9.2. Вхідний сигнал надходить на неінвертувальний вхід ОП. Інвертувальний вхід ОП заземлений через резистор R1 . У схемі введений негативний послідовний

зворотний зв'язок за напругою через подільник R1 , R2 , що

реалізується шляхом подання частини вихідної напруги за допомогою резистивного подільника на інвертувальний вхід. Так само, як і у попередньому випадку, вираз для коефіцієнта підсилення схеми обчислимо, використавши принцип «уявної землі». Відповідно до цього принципу напруга між входами та вхідні струми ОП дорівнюють нулю.

Рисунок 9.2 – Неінвертувальний підсилювач

Потенціали точок a і b рівні( a b Uвих ). У той самий час потенціал точки а можна знайти як вихідну напругу для подільника, побудованого на резисторах R1 і

R2 :

192

неінвертувального підсилювача такий самий, як і для інвертувального підсилювача

У неінвертувальному підсилювачі вихідна напруга збігається за фазою із вхідною. З виразу (9.2) випливає, що коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача не може бути меншим ніж одиниця.

9.1.3Повторювачі на основі ОП

Іноді під час побудови різних електронних схем потрібні підсилювальні каскади, що мають (за модулем) одиничні коефіцієнти підсилення (повторювачі).

Якщо в інвертувальному підсилювачі (рисунок 9.3) вибрати резистори з однаковим опором R1 R2 , то

згідно (9.1) коефіцієнт підсилення такої схеми буде дорівнювати –1. Неінвертувальний повторювач згідно із (9.2) можна реалізувати трьома способами: R2 0 (коротке

Найпростіше реалізується схема повторювача, наведена на

193

рисунку 9.3 а, проте й інші варіанти неінвертувальних повторювачів також застосовують на практиці.

R1 DA1

Uвих

Uвх

в

Рисунок 9.3 – Повторювачі напруги на основі ОП

9.1.4Похибки маштабувальних підсилювачів

Похибки неінвертувального та інвертувального підсилювачів визначаються неточністю використовуваних резисторів та неідеальністю ОП, їх можна поділити на адитивні і мультиплікативні.

Складова мультиплікативної похибки, зумовлена похибками використовуваних резисторів, для інвертувальних і неінвертувальних підсилювачів може бути визначена шляхом диференціювання (9.1) і (9.2) відповідно. Після перетворень одержимо:

-для інвертувального підсилювача

194

виготовлення резисторів.

Аналіз (9.3) і (9.4) свідчить, що для зменшення цієї складової похибки необхідно прагнути до того, щоб відносні похибки резисторів були однаковими. Для цього можна використовувати прецизійні резистори з малими значеннями температурного коефіцієнта опору (ТКО). Притому найбільшого ефекту досягають під час застосування резисторів з однаковими за модулем і знаком ТКО, наприклад наборів резисторів у інтегральному виконанні.

Інша складова мультиплікативної похибки обумовлена кінцевим значенням коефіцієнта підсилення KОП ОП, що

використовують у схемі підсилювача. При цьому реальний коефіцієнт передачі інвертувального підсилювача буде дорівнювати

де KОП – петльове підсилення.

195