6.5. Примеры применения операционных усилителей
6.5.1 Неинвертирующий сумматор
Рассмотрим на конкретном примере (рис.6.12а).
а б
Рис.6.12. Неинвертирующий сумматор,
а)
кОм; б) полная схема входной цепи.
Сигнал от генераторов поступает на неинвертирующий вход ОУ, поэтому коэффициент передачи операционного усилителя с цепью ООС будет:
.
Восстановим полную схему входной цепи (рис.6.12,б).
Поскольку
входное сопротивление ОУ близко к
бесконечности, получается, что сигнал,
например с первого генератора, поступает
на резистивный делитель
,
а снимается на входе с цепочки
.
Пренебрегая
сопротивлениями источников, получим
коэффициент передачи делителя по первому
сигналу:
.
Аналогично находится коэффициент передачи по второму сигналу:
.
Общий
коэффициент передачи сигнала на выходе
по первому генератору
,
по второму:
.
По принципу суперпозиции линейных цепей сигнал на выходе равен сумме входных сигналов.
Если
входное сопротивление ОУ сравнимо с
и
,
то коэффициент передачи, например по
первому сигналу, будет:
,
.
По
такой же схеме может быть построен
неинвертирующий сумматор-усилитель.
Для этого
следует увеличить отношение резисторов
.
6.5.2 Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель показан на рис.6.13.
Рис.6.13. Дифференциальный усилитель,
кОм,
кОм.
Коэффициент
усиления по инвертирующему входу
,
по неинвертирующему –
.
Т.к. на неинвертирующем входе сигнал
снимается с резистивного делителя
,
имеющего коэффициент передачи
,
то общий коэффициент передачи усилителя
получается равным:
,
т.е. мы получаем равенство коэффициентов усиления по обоим входам.
Попробуйте самостоятельно определить входные сопротивления схемы по обоим входам.
6.5.3 Резонансный усилитель
В резонансных усилителях используются так называемые "минимально-фазовые цепи", то есть цепи, на частоте настройки которых имеются равный нулю коэффициент передачи и нулевой фазовый сдвиг.
При построении резонансных усилителей в качестве цепи, определяющей АЧХ, применяют двойной Т-мост, который включается на выход ОУ. Сигнал с моста поступает на инвертирующий вход, создавая отрицательную обратную связь. Коэффициент ООС определяется коэффициентом передачи моста.
При
подходе к некоторой частоте
,
коэффициент передачи схемы становится
равен нулю, а при переходе через
,
меняет знак фазовый сдвиг коэффициента
передачи. Частоту
называют частотой настройки или частотой
квазирезонанса. Однако резонансные
свойства проявляются только при
определенных значениях элементов цепи.
Например, на рис.6.14,а,
при
,
,
,
,
,
частота квазирезонанса
.
На частоте мост не работает, ООС отсутствует, и общий коэффициент усиления схемы определяется лишь схемой неинвертирующего усилителя:
.
А если частота сигнала сильно отличается от , то коэффициент передачи моста стремится к единице, и мы получаем стопроцентную отрицательную обратную связь. Общий коэффициент передачи схемы в этом случае равен единице.
а б
в г
Рис.6.14.
На рис.6.14.г. показана амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи квазирезонансного усилителя.