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 mR m =U 2 m R+R m+1 U"ВЫХ =(1+m) U"0 =U 2 m UВЫХ= UВЫХ UВЫХ = 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