6.8. Розв'язуючі пристрої на стандартних операційних підсилювачах

У радіовимірювальних пристроях, апаратурі обробки сигналів час­то необхідно виконувати різні функції при замиканні виходу ОП на інвертуючий вхід з допомогою пасивних ланцюжків негативного зворотно­го зв'язку. Проводячи аналіз ОП, впливом власних параметрів підсилю­вача (з врахуванням того, що К_пU та R_вх достатньо великі, а R_вих до­статньо мале) можемо знехтувати. Вважаємо також, що ланцюжки корекції забезпечують необхідне підсилення і смугу пропускання в замкнуто­му контурі підсилювача.

Суматор з багатьма входами. На вхід суматора (рис. 6.15, а) від де­кількох джерел з вихідними опорами R1, R2, R3... надходять вхідні сигнали U_Д1,U_Д2,U_Д3 ... Крім того, на вхід підсилювача (точка А) че­рез опір зворотного зв'язку R_зз підводиться частина вихідної напруги U_вих. При цьому необхідно враховувати, що невеликий вихідний опір підсилювача є складовою частиною опору R_зз. Напруги на вході підси­лювача під дією вхідних сигналів U_Д1,U_Д2,U_Д3,U_вих визначаються відповідно виразами

U_вх1 = U_Д1(R_Σ /R₁); U_вх2 = U_Д2(R_Σ /R₂);

U_вх3 = U_Д3(R_Σ /R₃); U_вх.зз = U_вих(R_Σ /R_зз);

де R_Σ = R₁||R₂ ||R₃ ||R_зз.

Сумарна напруга на вході підсилювача (точка А)

U_вх = R_Σ (U_Д1 /R₁+ U_Д2 /R₂+ U_Д3 /R₃+ U_вих /R_зз. (6.12)

З урахуванням того, що для інвертуючого підсилювача справе­дливе співвідношення U_вх = –(U_вих/ К_пU) і К_пU → ∞, з рівняння (6.12) після невеликих перетворень одержимо

U_вих = (– R_зз /R) (U_Д1 + U_Д2 + U_Д3 ). (6.13)

де R₁ = R₂ = R₃ = R; R_зз /R – ваговий коефіцієнт.

Коли схема на рис. 6:15, а має п ідентичних входів, рівняння (6.13)

можна записати у вигляді

Рис. 6.15

Таким чином, вихідна напруга в розглянутій схемі пропорційна сумі вхі­дних напруг.

Масштабний підсилювач застосовують для зміни масштабу електричної величини множенням вхідного сигналу на деякий сталий коефіцієнт. Якщо в схемі на рис. 6.15, а R₂ = R₃ = ∞ (підсилювач а одним входом), то одержимо схему (рис. 6.15, 6), для якої рівняння (6.13) набуває вигляду

U_вих = – (R_зз /R₁)U_д,

що відповідає призначенню підсилювача. Рівень вихідної напруги (масш­таб) установлюється співвідношенням опорів R₁ і R_зз, тобто ваговим коефіцієнтом.

Логарифмуючий підсилювач. Щоб одержати логарифмічну передавальну характеристику, в коло негативного зворотного зв'язку ОП вмикають p–n–перехід (рис. 6.16, а), вольт–амперна характеристика якого описується рівнянням

(6.14)

Для ідеального ОП І_R = І_д (R_вх → ∞ і струму на вході ОП немає), а U_вх = 0 (К_пU → ∞ і в схемі існує повний негативний зворотний зв’язок). Враховуючи це, при >>1 маємо

звідки

U_вих /φ_т = ln(U_д /І₀R). (6.15)

Переходимо до десяткового логарифма відносно U_вих :

U_вих = klg(U_д /І₀R ), (6.16)

Таким чином, схему, подану на рис. 6.16, а, можна використати для виконання операції логарифмування напруги джерела вхідного сигналу.

Диференціюючий підсилювач. Для виконання операції диференціювання напруги джерела вхідного сигналу застосовують диференціюючий підсилювач (рис. 6.16, б). В цій схемі практично вся напруга U_д дже­рела вхідного сигналу прикладена до конденсатора С, оскільки, як і для попередньої схеми, U_вхΣ = 0. Тому струм, що протікає через конденсатор,

і_С = С(dU_д /dt). (6.17)

­

Рис. 6.16

Через те, що струму на вході ідеального ОП немає, то і_С = і_R і

U_вих = і_R R = –RС(dU_д /dt). (6.18)

де RС – стала часу.

Інтегруючий підсилювач. (рис. 6.16, в), вихідна напруга якого пропорційна інтегралу від вхідної напруги, можна створити замінивши актив­ний опір R зворотного зв'язку (рис. 6.16, б) реактивним елементом (конденсатором С). Під час перехідного процесу в колі RС, що відбувається після подачі на вхід схеми сигналу U_д (наприклад, у вигляді стрибка на­пруги), підсилювач працює в лінійному режимі. Цьому режимові відповідає процес інтегрування. Оскільки для ідеального ОП К_пU → ∞, то в схемі існує повний негативний зворотний зв'язок (U_вхΣ = 0) і струм, що протікає через ре­зистор R,

і_R = U_д / R. (6.19)

З тієї самої причини, що і в диференціаторі, і_С = –і_R і напруга на конденсаторі, або, що те саме, на виході підсилювача (U_вхΣ = 0) визначається формулою

(6.20)