Основни схеми на свързване на операционен усилвател (ОУ)

1. Аналогов компаратор

Аналоговият компаратор сравнява по ниво две входни напрежения и скокообразно изменя изходното си напрежение в случай, че едно от сравняваните напрежения е по-голямо от другото.

Фиг. 1.1 Схема на аналогов компаратор
Фиг. 1.2 Предавателна характеристика на компаратор
Фиг. 1.3 Временна характеристика на компаратор

Показаният компаратор сравнява двете аналогови напрежения U1 и U2.
Когато входното напрежение на компаратора U2 е равно на еталонното напрежение U1, то диференциалното входно напрежение U е нула
U = U2 – U1. Изходното напрежение на компаратора е URT = AU (А – коефициент на усилване) и най малкото изменение на U2 спрямо U1 предизвиква изменение на изходното напрежение URT. Изходното напрежение не може да надвиши захранващите напрежения на ОУ (± Е).

Стръмността на предавателната характеристика зависи правопропорционално от коефициента на усилване на операционния усилвател А.

Когато се сменят входовете, на които се подават U1 и U2, схемата продължава да работи като компаратор, но се променя предавателната характеристика. Еталонното напрежение може да бъде положително, отрицателно или нула.

2. Инвертиращ усилвател

Фиг. 2.1 Схема на инвертиращ усилвател

Инвертиращият усилвател е елемент от аналоговата схемотехника. Има възможност за усилване по ток, напрежение и мощност. В зависимост от това къде се използва инвертиращият усилвател, той може да усилва постоянен и променлив ток.
Показаният на схемата усилвател се използва за усилване на входния сигнал по напрежение.

ОУ в тази схема трябва да работи в линейния режим на предавателната си характеристика.
Ако приемем, че ОУ е идеален (усилването и диференциалното съпротивление клонят към безкрайност и изходното съпротивление клони към нула), то диференциалното входно напрежение и входният ток са равни на нула. Потенциалът по променлив ток на инвертиращия вход също е нула.

Усилването на схемата зависи от стойностите на R1 и R2 и е равно на:

Знакът минус показва, че сигналът на усилване е подаден на инвертиращия вход на ОУ и между входния и изходния сигнал има дефазиране.

3. Неинвертиращ усилвател

Фиг. 3.1 Схема на неинвертиращ усилвател

Показаният на схемата неинвертиращ усилвател усилва по напрежение подадения на входа му сигнал.
ОУ работи в линейния режим на преходната характеристика.

При идеален ОУ токовете протичащи през R1 и R2 са:

Където: U = Uвх, URT= Uвх

Коефициентът на усилване по напрежение на неинвертиращият усилвател е:

Където KU- е коефициент на усилване по напрежение на инвертиращ усилвател изпълнен със същите резистори R1 и R2 във външната верига на ОУ.

Входното съпротивление на неинвертиращия усилвател нараства със стойността на резистора R1, включен последователно във входната верига на усилвателя.

4. Усилвател на мощност

Усилвателят на мощност е крайно стъпало. Предназначението на този тип усилватели е да предават в определен товар относително голяма мощност при голям коефициент на полезно действие и зададени максимално допустими изкривявания на усилвания сигнал.

Основните изисквания към усилвателя на мощност са:

  • да има голям КПД, който се постига с подходящ клас на работа и съгласуване между изхода на усилвателя и товара;
  • да се използва максимално усилването на транзистора по ток, напрежение и мощност;
  • да има минимални нелинейни изкривявания.
Фиг. 4.1 Схема на усилвател на мощност с ОУ

Малката изходна мощност на ОУ може да се повиши чрез включване на транзисторно стъпало, изпълнено по схема ОС и усилващо сигнала по ток. Транзисторното стъпало работи в клас В и заедно с инвертиращия усилвател е свързано в обща ООВ, с която се намаляват нелинейните изкривявания. Можем да увеличим изходната мощност като използваме съставни транзистори в усилвателя на ток.
Включването на товар в изхода на усилвателя със стойност по-малка от определения е нежелателно. Използването на по-голямо товарно съпротивление е възможно, но се намалява мощността на сигнала в товара. Усилването на схемата може да се регулира с елемента на ООВ R1, но не чрез R2 защото той определя входното съпротивление на схемата.

5. Измервателен усилвателю

Измервателният усилвател е вид усилвател, който има нормирани метрологични характеристики и параметри.

Характеристиките и параметрите подлежащи на нормиране са:

  • Амплитудно-честотна характеристика (АЧХ);
  • Амплитудна характеристика (АХ);
  • Фазово-честотна характеристика (ФЧХ);
  • Преходна характеристика;
  • Коефициент на усилване;
  • Входно и изходно съпротивление и др.
Фиг. 5.1 Схема на измервателен усилвател

Показаният измервателен усилвател усилва по напрежение подадения на входа сигнал.
Схемата се състои от две стъпала. Първото стъпало е симетрично изпълнено от ОУ1 и ОУ2 и резисторите R1,R2 и R3 (Избираме R1 = R2). Входовете на усилвателите ОУ1 и ОУ2 са включени последователно и входното съпротивление на измервателния усилвател е два пъти по-голямо от входното съпротивление на всяко рамо. Второто стъпало работи като диференциален усилвател.

Изходното съпротивление на схемата е малко.
Първото стъпало има най-голямо потискане на случаен (синфазен) сигнал, когато усилването му е максимално, а рамената са симетрични, докато усилването на второто стъпало ОУ3 не влияе върху коефициента на потискане на случаен сигнал.

Вашият коментар