Для точных измерений слабых токов, в цифро-аналоговых преобразователях и в некоторых других устройствах требуется получение напряжения, пропорционального входному току. При этом во многих случаях необходимо, чтобы преобразователь ток-напряжение имел, по возможности, минимальные входное и выходное сопротивления (в идеале – нулевое). Схема источника напряжения, управляемого током, приведена на рис. 7. Если усилитель идеальный, то i>Uд = 0 и Uвых= –RIвх. Если коэффициент усиления KU конечен, то
  , Rи – сопротивление источника входного сигнала.
|
Рис. 7. Источник напряжения, управляемый током
Компаратор – устройство сравнения двух сигналов. Компаратор изменяет скачком уровень выходного сигнала, когда непрерывно изменяющийся во времени выходной сигнал становится выше или ниже определенного уровня. Аналоговый компаратор сравнивает входные напряжения и усиливает их разность с Ку = 104 -105. Т.е. при малейшем превышении одного сигнала над другим на выходе получаем max сигнал положительной или отрицательной полярности. Благодаря высокому коэффициенту усиления схема переключается при очень малой величине разности напряжений U1 – U2, поэтому она пригодна для сравнения двух напряжений с высокой точностью.
Рис. Работа компаратора при сравнении двух напряжений
Диоды служат для защиты входов ОУ от перегрузки напряжения. Часто на одном входе компаратора фиксированное Uвх.
При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже
|
|
Появление ложных импульсов на выходе компаратора, для устранения которых в схему вводится некоторый гистерезис путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю. Уровни включения и выключения, при гистерезисе не совпадают. Такое устройство называется триггер Шмитта.
Если Uвх станет больше +2В, происходит опрокидывание триггера и напряжение на выходе будет -12В. На инвертирующем входе U=- 2B.Для того, чтобы вернуть триггер в прежнее состояние необходимо подать на вход отрицательное напряжение, превышающее по модулю 2В.
Триггер Шмитта представляет собой компаратор, уровни включения и выключения, которого не совпадают. Разницу в уровнях называют гистерезисом. Если к инвертирующему входу приложено достаточно большое входное напряжение отрицательной полярности, то 
. При этом напряжение прямого (неинвертирующего) входа будет равно:
Если увеличивать U вх, то U вых, не изменит свое значение до тех пор, пока U вх не станет меньше величины напряжения выключения. При 
, выходное напряжение за счет положительной обратной связи скачком изменится на – U вых.max. На прямом входе напряжение станет равным величине. Гистерезис триггера Шмитта определяется разностью U выкл и U вкл
Операционные усилители в схемах выборки с запоминанием (УВХ - схема, запоминающая напряжение на входе в определённый момент времени. )
– фаза выборки – осуществление заряда емкости хранения до величины входного сигнала. Выход УВХ может либо повторять значение входного напряжения, либо выдавать значение с предыдущей фазы хранения (рис. a);
|
|
– фаза хранения – хранение и повторение на выходе напряжение на емкости, полученное на момент поступления команды хранения.
А1- аналоговый вход, А0 – аналоговый выход, С- вход управления
Схемы выборки с запоминанием используются в измерительных и преобразовательных устройствах, на вход которых нельзя подавать сигналы, изменяющиеся во времени. К таким устройствам относятся некоторые типы аналого-цифровых преобразователей, например преобразователи, работающие по принципу «взвешивания», у которых с помощью матрицы сопротивлений формируется набор постоянных «эталонных напряжений», необходимых для сравнения с измеряемым напряжением.
ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. ОУ является универсальным блоком для выполнения математических операций с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которых можно построить множество различных электронных узлов, применяемых для аппаратного решения задач с составе программных комплексов
Первый широко доступный ОУ в интегральном исполнении, был выпущен ещё в далеких 1960х годах. Это был легендарный μA709 — ОУ фирмы Fairchild, выполненный по биполярной технологии, разработанный Робертом Видларом в 1965 году. Почти сразу же на замену μA709 появился 741, который имел лучшие харарактеристики, был более стабилен и прост в использовании. ОУ μA741 производится до сих пор, он стал поистине вездесущим в электронике — многие производители выпускают версии этого классического чипа (их можно узнать по числу "741" в наименовании). Позднее были разработаны ОУ и на другой элементной базе: на полевых транзисторах с p-n переходом (конец 1970х) и с изолированным каналом (начало 1980х), что позволило существенно улучшить ряд характеристик.
|
|