Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Электроника

Масштабные усилители на базе операционных усилителей  Просмотрен 31

 

Часто необходимо иметь УПТ со строго определенным коэффициентом усиления. Так, сигнал тензодатчика должен быть усилен в нужное число раз (промасштабирован) достаточно точно, чтобы погрешность измерения не превзошла заданные рамки. В подобных случаях однозначно применяют ОУ.

Для расчета схем на ОУ с ОС примем ОУ идеальным, полагая Куu ® ¥. Это означает, что Duвх = 0 (даже бесконечно малое изменение дифференциального входного сигнала вызовет конечное приращение выходного).

При этом также Rвх0 ® ¥, т.е. Iвх1 = Iвх2 = 0.

Рассмотрим две схемы масштабных усилителей на ОУ:

1. Инвертирующий масштабный усилитель (рис. 2.16).

Неинвертирующий вход ОУ соединен с общей точкой, поэтому его потенциал j+ = 0. Так как Duвх = 0, то потенциал инвертирующего входа j= 0. Поэтому точку 1 называют «виртуальной» или «искусственной землей».

Мы допустили, что входные токи равны нулю: Iвх = 0, тогда i2 = i1 или, выражая равенство через входное и выходное напряжения, получим

, откуда ,

KU = uвых / uвх = –R2 / R1.

Знак «–» означает, что полярность выходного напряжения uвых противоположна полярности входного uвх (отсюда и название «инвертирующий»). Коэффициент усиления KU такого усилителя определяется лишь соотношением сопротивлений резисторов R1, R2 и не зависит от Kуu.

Очевидно, что входное сопротивление усилителя Rвх = R1.

2. Неинвертирующий масштабный усилитель (рис. 2.17).

Так как Du = 0, то ,

.

Коэффициент усиления напряжения также определяется соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2.

Кроме того, полярность выходного напряжения совпадает с полярностью входного (отсюда название усилителя).

Отличительная особенность неинвертирующего масштабного усилителя – высокое входное сопротивление: Rвх = Rвх0(1 + Kуu / KU).

Если на инвертирующий вход подать полностью все напряжение uвых, что соответствует R2 = 0, то получится повторитель напряжения (KU = 1). Его применяют тогда, когда требуется получить высокое входное сопротивление и/или минимальное выходное, т.е. как эмиттерный повторитель. Если включить конденсатор вместо резистора R2 (рис 2.18), то получится интегрирующий усилитель, а вместо резистора R1 – дифференцирующий усилитель.

Пример 1. Для типовой схемы включения операционного усилителя в масштабном преобразователе (рис.2.18,а) определить сопротивление резисторов R1,R2 и R3, если Ku = 100 и Rн = 10 кОм, Rвх = 50 кОм, Rвых = 1 кОм, Rг = 100 Ом.

Рис 2.18. Схемы включения операционных усилителей: а – в масштабном

преобразователе, б – в интегрирующем каскаде, в – графики входного

и выходного сигналов

Р е ш е н и е. Для получения высокой стабильности коэффициента усиления сопротивление R1 выбирают из условия Rг << R1 << Rвх, поэтому

R1 = 2 кОм. При R2 >> Rвых коэффициент усиления определяется по формуле Ku = R2/R1. , поэтому R2 = 100∙2 = 200 кОм. Эквивалентное сопротивление нагрузки усилителя R'н ≈ Rн R2/(Rн + R2) должно быть больше Rвых. В нашем случае R'н = 9,5 кОм >> Rвых Для симметричного ОУ необходимо, чтобы

Пример 2.На вход интегрирующего каскада, схема которого приведена на рисунке 2.18, б, подаётся напряжение uвх(t) (кривая 1 на рисунке 2.18,в) от источника с внутренним сопротивлением Rг = 1 кОм. Рассчитать сопротивления R1 и R2 и ёмкость конденсатора С. Найти зависимость uвых(t). Входное сопротивление усилителя Rвх = 50 кОм.

Р е ш е н и е. Для того, чтобы постоянная времени интегрирующего каскада мало зависела от сопротивления Rг источника сигнала uвх(t), необходимо выполнение условия R1 >> Rг, т.е. R1 >> 1 кОм. Работа усилителя будет устойчивой, если R2 << Rвх, т.е. R2 << 50 кОм, но для баланса каскадов усилителя по постоянному току требуется, чтобы R1 = R2. поэтому выбираем R1 = R2 = 20 кОм. Период напряжения uвых(t) составляет 0,01 с. Для уменьшения погрешности интегрирования нужно, чтобы τ >>T. Выбираем τ = 1,0 с.

Тогда С = τ/ R1 = 1/20000 =50∙10-6 Ф=50 мкФ. Зависимость uвых(t)= uвх dt при uвх(0) = 0 изображена на рис. 2.18, в, (кривая 2). Наибольшее напряжение uвых(Т/2) =TUвх m/2τ =50 мВ.

Предыдущая статья:Быстродействующие, имеющие большую скорость изменения выходного напряжения и использующиеся для построения импульсных и широкополосных устройств. Следующая статья:Генератор синусоидальных колебаний
page speed (0.0133 sec, direct)