Понятие об идеальном ОУ. операционном усилителе
Анализ устройств, содержащих операционный усилитель, значительно упрощается, если операционный усилитель считать идеальным. Под идеальным операционным усилителем понимают усилитель со следующими параметрами:
1.
2.
3.
Входы идеального операционного усилителя можно считать виртуально коротко замкнутыми.
В электротехнике вводятся такие определения:
1. Две точки электрической цепи, потенциалы которых равны и сопротивление между которыми равно нулю(рис..) называются короткозамкнутыми (КЗ).
2. Две точки электрической цепи, п отенциалы которых равны
и сопротивление между которыми равно бесконечности (рис..), называются виртуально короткозамкнутыми (ВКЗ).
Вторым свойством обладают входы ОУ. Это следует, из соотношения что
Последние означает, что входы ОУ виртуально замкнуты т.е. , а Rвх=∞ или Iвх оу=0.
В большинстве случаев ОУ используется с обратными связями, которые определяют функциональное назначение устройства и его основные параметры.
Неивертирующий усилитель на ОУ
Неинвертирующий усилитель.
Его условное обозначение и принципиальная схема приведены на рис., где K >1. В этой схеме резисторы R1, R2 образуют последовательно-параллельную отрицательную обратную связь.
Установим связь между входным и выходным напряжениями. Поскольку входы идеального ОУ виртуально замкнуты, то, запишем
U+вх=U–вх. Здесь U–вх= R1Uвых/(R1+R2), а U+вх =Uвх. Подставим записанное в исходное уравнение и, разрешив это уравнение относительно Uвых, получим
Uвых = Uвх (R1+ R2)/R1.
Отсюда К= (R1+ R2)/R1= 1+R2/R1.
Если R1 =∞ (рис.9), то Kи =1, и такой усилитель называется повторителем напряжения. Благодаря последовательной обратной связи по входу он имеет практически Rвх →∞, а благодаря параллельной обратной связи по выходу он имеет Rвых →0.
75. Инвертирующий усилитель.
Знак “-” означает, что выходной сигнал находится в противофазе с входным. При этом K >1.
Принципиальная схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рис.9.. В ней R1, R2 – резисторы образуют цепь параллельно-параллельной отрицательной обратной связи.
R3 – служит для устранения разбаланса ОУ за счет входных токов и выбирается из условия
Установим связь между выходным и входным напряжениями.
Для узла «а» по 1-му закону Кирхгофа запишем соотношение:
Учтем, что для идеального ОУ Iоу=0 и распишем токи Iвх и Iос используя закон Ома (рис.), т.е.:
Учитывая, что входы ОУ виртуально замкнуты ; получим
; отсюда . Для того, чтобы реальный усилитель можно было считать близким к идеальному, должно быть выполнено несколько условий:
1. , где K - коэффициент усиления, который должен иметь усилитель.
2. Iос – ток обратной связи.
3. К выходу усилителя подключается сопротивление нагрузки: .
Инвертирующий сумматор
Это устройство, у которого выходное напряжение равно алгебраической сумме входных напряжений, взятой с противоположным знаком (рис.5). Его условное обозначение и принципиальная схема на ОУ приведены на рис..:
Установим связь между выходным и входными сигналами этой схемы. Если считать, что ОУ идеальный т.е. Iоу=0 и U+вх=U–вх=0, то при подаче на его входы напряжения U1, U2,..., Un, для узла «а» по первому закону Кирхгоффа можно записать, что
Iвх = I1 + I2 +...+ In = Iос,
Расписав каждый из токов по закону Ома: I1 = U1/ R1, I2 = U2/ R2,..., In = Un/Rn, Iос =-Uвых/Rос , получим выражение связывающее входные и выходное напряжения
Uвых=- (U1Rос/R1+ U2Rос/R2+...+ UnRос/Rn)