Инвертирующий усилитель что это

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Операционные усилители в линейных схемах.Часть 2

В прошлой статье я начал рассказывать о применении ОУ в линейных схемах, в частности привёл различные схемы применения ОУ в неинвертирующем включении. Сегодняшняя статья продолжает тему ОУ в линейных схемах и будет описано применение инвертирующих ОУ.

Инвертирующий усилитель

Наибольшее распространение среди схем на ОУ, получила схема инвертирующего усилителя и производные от данной схемы: различные типы инвертирующих сумматоров. Схема инвертирующего усилителя показана ниже

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это
Инвертирующий усилитель.

Данная схема состоит из операционного усилителя DA1 и резисторов R1 и R2. В данной схеме операционный усилитель DA1 охвачен параллельной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению.

Для рассмотрения работы данной схемы вспомним одно из основных соотношений в идеальном ОУ: напряжение между входами равно нулю. Исходя из этого, неинвертирующий и инвертирующий входы ОУ имеют одинаковый потенциал относительно общего вывода, в данном случае этот потенциал равен нулю (часто точку соединения резисторов R1 и R2 называют виртуальной землёй). Вследствие этого токи протекающие через резисторы R1 и R2 должны уравновешивать друг друга, то есть быть одинаковыми по значению но разными по знаку

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

где IR1, IR2 – токи, протекающие через резисторы R1 и R2 соответственно.

Исходя из этого, коэффициент усиления данной схемы составит

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Входное сопротивление данной схемы получается из последовательно соединённых сопротивлений R1 и параллельно соединённых входного сопротивления ОУ RBX.ОУ и уменьшенного в 1+KОУ раз сопротивления обратной связи R2

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

где КОУ – коэффициент усиления ОУ.

В общем случае, когда коэффициент усиления операционного усилителя КОУ имеет достаточно большую величину можно считать, что входное сопротивления инвертирующего ОУ будет равно сопротивлению R1.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя, состоящего из ОУ охваченного параллельной ООС по напряжению, вычисляется по той же формуле, что и неинвертирующий усилитель.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Выбор компонентов схемы

Для нормального функционирования схем необходимо, что бы в элементах не было превышения предельно допустимых параметров (ток, напряжение, мощность), поэтому при разработке схем существуют некоторые пределы в которых должны находиться значения пассивных компонентов.

В схеме инвертирующего усилителя такими компонентами являются резисторы R1 и R2. Сопротивление резистора R1 определяет входное сопротивление схемы. Его необходимо увеличивать, чтобы не допустить перегрузку источника сигнала, поэтому его сопротивление выбирают в пределах 1…10 кОм, реже десятков кОм.

Величина резистора R2 существенно влияет на шумовые параметры усилителя (с увеличением R2 растёт дрейф нуля), поэтому его необходимо выбирать минимальной величины. Однако на величину сопротивления R2 накладывается ограничение, по максимально допустимому выходному току ОУ, поэтому для большинства случаев можно рекомендовать выбирать R2 по следующей формуле

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

В общем случае величина сопротивления резистора R2 лежит в пределах 20…100 кОм, реже 0,1…10 Мом.

Инвертирующий сумматор

Работа данной схемы полностью соответствует своему названию, то есть на выходе схемы формируется сумма входных напряжений, а полярность напряжения меняется на обратную.

Существует несколько разновидностей инвертирующих сумматоров: сумматор с масштабными коэффициентами (нормирующий сумматор), усредняющий инвертирующий усилитель и инвертирующий сумматор с усилением, но все они представляют собой одинаковую схему, то разняться соотношения между входящими пассивными элементами. Ниже представлена схема инвертирующего сумматора с тремя входами

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это
Инвертирующий сумматор на основе ОУ.

Инвертирующий сумматор в общем случае состоит из ОУ DA1, сопротивления обратной связи R4 входных резисторов R1, R2 и R3. Данная схема в своей основе построена на инвертирующем усилителе и поэтому напряжение на выходе ОУ инвертировано по отношению ко входному напряжению. Все соотношения соответствующие инвертирующему усилителю остаются справедливы и для инвертирующего сумматора.

Работа данной схемы основана на том, что на инвертирующем выводе DA1 создана виртуальная земля поэтому сумма токов протекающих через резисторы R1, R2 и R3 равна току протекающему через резистор R4

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

где IR1, IR2, IR3, IR4 – токи, протекающие через резисторы R1, R2, R3 и R4 соответственно.

Таким образом, напряжение на выходе схемы будет равно сумме напряжений на входах схемы умноженных на соответствующие коэффициенты усиления

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

В зависимости от соотношения между коэффициентами усиления разных входных каналов (К1, К2, К3), а в общем случае между сопротивления резисторов R1, R2, R3 и R4 данная схема может выполнять различные действия между входными сигналами, а на выходе получать результат этих действий.

Смеситель сигналов

В смесителе сигналов сумма входных напряжений равна выходному напряжению. Для реализации данного функционала необходимо, чтобы входные сопротивления и сопротивление обратной связи имели одинаковое значение. В этом случае коэффициент усиления по каждому каналу будет равен единице

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

В смесителе сигналов входные напряжения UBX1, UBX2 и UBX3, а следовательно входные токи не взаимодействуют друг с другом, так как на инверсном входе ОУ создана виртуальное заземление. Данное свойство является очень полезным для смешивания сигналов звуковой частоты. К примеру, источниками входных сигналов являются микрофоны, то сигналы поступающие с них будут суммироваться или смешиваться. Таким образом использую такой инвертирующий сумматор сигнал с одного микрофона не пойдёт на другие микрофоны, поэтому достаточно легко реализовать схему регулирования громкости. В этом случае достаточно поставить переменный резистор до одного из входных резисторов.

Инвертирующий сумматор с усилением

Инвертирующий сумматор с усилением иногда называют масштабным усилителем или нормирующим сумматором. Он имеет схему аналогичную обычному инвертирующему сумматору, а особенности его работы заключаются в выборе величин резистора обратной связи и входных резисторов. Так если в смесителе сигналов все резисторы беруться одинакового номинала, чтобы коэффициент усиления в каждом канале был равен единице, то в сумматоре с усилением резистор обратной связи R4 не изменяется, а входные резисторы подбираются в зависимости от требуемого коэффициента усиления в канале

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Инвертирующий сумматор с усилением находит применение в схемах, где в разные каналы усиления приходят сигналы с разными уровнями напряжения, а на выходе схемы необходимо получать одинаковый уровень сигнала для всех каналов усиления.

Усредняющий сумматор

Ещё одной функцией, которую может выполнять инвертирующий сумматор является получение среднего значения между входными напряжениями. Схемное решение аналогично предыдущим рассмотренным сумматорам, а отличие как обычно в номиналах резисторов обратной связи и входных.

В усредняющем сумматоре номиналы входных резисторов выбираются одинакового значения R, а номинал резистора в цепи обратной связи – в n раз меньше чем входные резисторы

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

где n – количество входных каналов.

Компенсация напряжения смещения

Одним из показателей качества операционных усилителей, является напряжение смещения, которое определяется, как напряжение, которое необходимо приложить к входным выводам ОУ, чтобы на выходе получить нулевое выходное напряжение. В идеальном ОУ для получения нулевого выходного напряжения необходимо нулевое входное напряжение.

При работе ОУ влияние напряжения смещения проявляется в том, что входной сигнал до того как появится на выходе, должен превысить напряжение смещения. Кроме того напряжение смещения также как и полезный сигнал усиливается ОУ.

Для устранения данного недостатка вводятся специальные цепи компенсирующие напряжение смещения, в простейшем случая такой цепью компенсации напряжения смещения является резистор, который включается между неинвертирующим входом ОУ и «землёй». Величина сопротивления данного резистора равна сопротивлению параллельно соединённых резисторов обратной связи и резистора на входе ОУ. Так для инвертирующего усилителя сопротивление компенсации напряжения смещения будет вычисляться по следующей формуле

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

А для инвертирующего сумматора с тремя входами

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

При конструировании схем на ОУ, после расчёта сопротивления смещения необходимо выполнить более точную регулировку таким образом, чтобы разность напряжений между входами была минимальной.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник

Операционный усилитель для чайников

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 10 декабря 2015 · Обновлено 29 августа 2018

Приветствую вас дорогие друзья! Вот наконец добрался я до своего компьютера, приготовил себе чайку с печеньками и понеслась…

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Для тех кто впервые на моем блоге и не совсем понимает что здесь происходит спешу напомнить, меня зовут Владимир Васильев и на этих страницах я делюсь со своими читателями сакральными знаниями из области электроники и не только электроники. Так что может быть и вы здесь найдете для себя что-то полезное, по крайней мере я на это надеюсь. Обязательно подпишитесь, тогда вы ничего не пропустите.

А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Эти усилители применяются повсеместно, везде где требуется усилить сигнал по мощности найдется работенка для операционника.

Особенно распространено применение операционных усилителей в аудиотехнике. Каждый аудиофилл стремится усилить звучание своих музыкальных колонок и поэтому старается прикрутить усилитель по мощнее. Вот здесь мы и сталкиваемся с операционными усилителями, ведь многие аудиосистемы просто нашпигованы ими. Благодаря свойству операционного усилителя усиливать сигнал по мощности мы ощущаем более мощное давление на свои барабанные перепонки когда слушаем композиции на своих аудио колонках. Вот так вот в быту мы оцениваем качество работы операционного усилителя на слух.

Операционные усилители представляют собой микросхемы которые могут выглядеть по-разному.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Слева операционный усилитель К544УД2АР в пластмассовом DIP корпусе а справа изображен операционник в металлическом корпусе.

По началу, до знакомства с операционниками, микросхемы в таких металлических корпусах я постоянно путал с транзисторами. Думал что это такие хитромудрые многоэмиттерные транзисторы 🙂

Условное графическое обозначение (УГО)

Условное обозначение операционного усилителя выглядит следующим образом.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Итак операционный усилитель (ОУ) имеет два входа и один выход. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают.

Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:

Вход 1 обозначается знаком «+» и называется неинвертирующим а вход 2 обозначается как «-» и является инвертирующим.

Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом.

Это говорит о том, что входы операционного усилителя ток почти не потребляют (буквально какие-то наноамперы). Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его.

Коэффициент усиления операционного усилителя имеет просто огромное значение, может достигать миллиона, а это очень большое значение! Значит это то, что если мы ко входу приложим небольшое напряжение, хотябы 1 мВ, то на выходе получим сразу максимум, напряжение почти равное напряжению источника питания ОУ. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи (ОС). Действительно какой смысл во входном сигнале если на выходе мы всегда получим максимальное напряжение, но об этом поговорим чуть позже.

Действительно операционный усилитель может выдавать значения напряжений как положительной так и отрицательной полярности. У новичка может возникнуть вопрос о том как же такое возможно? Но такое действительно возможно и это связано с применением источника питания с расщепленным напряжением, так называемым двуполярным питанием. Давайте рассмотрим питание операционника чуток подробнее.

Правильное питание ОУ

Наверное не будет секретом, что для того, чтобы операционник работал, его нужно запитать, т.е. подключить его к источнику питания. Но есть интересный момент, как мы убедились чуток ранее операционный усилитель может выдавать на выход напряжения как положительной так и отрицательной полярности. Как такое может быть?

А такое быть может! Это связано с применением двуполярного источника питания, конечно возможно использование и однополярного источника но в этом случае возможности операционного усилителя будут ограничены.

Вообще в работе с источниками питания многое зависит от того что мы взяли за точку отсчета т.е. за 0 (ноль). Давайте с этим разберемся.

Пример на батарейках

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что этоОбычно примеры проще всего приводить на пальцах но в электронике думаю подойдут и пальчиковые батарейки 🙂

Допустим у нас есть обычная пальчиковая батарейка (батарейка типа АА). У нее есть два полюса плюсовой и минусовой. Когда минусовой полюс мы принимаем за ноль, считаем нулевой точкой отсчета то соответственно плюсовой полюс батарейки будет у нас показывать + 5В (значение с плюсом).

Это мы можем увидеть с помощью мультиметра (кстати статья про мультиметры в помощь), достаточно подключить минусовой черный щуп к минусу батарейки а красный щуп к плюсу и вуаля. Здесь все просто и логично.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что этоТеперь немножко усложним задачу и возьмем точно такую же вторую батарейку. Подключим батарейки последовательно и рассмотрим как меняются показания измерительных приборов (мультиметров или вольтметров) в зависимости от различных точек приложения щупов.

Если мы за ноль приняли минусовой полюс крайней батарейки а измеряющий щуп подключим к плюсу батарейки то мультиметр нам покажет значение в +10 В.

Схемы источников двуполярного питания

Примеры на батарейках я привел для примера, чтобы было более понятно. Теперь давайте рассмотрим несколько примеров простых схем источников расщепленного питания которые можно применять в своих радиолюбительских конструкциях.

Схема с трансформатором, с отводом от «средней» точки

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

И первая схема источника питания для ОУ перед вами. Она достаточно простая но я немножко поясню принцип ее работы.

Схема питается от привычной нам домашней сети поэтому нет ничего удивительного что на первичную обмотку трансформатора приходит переменный ток в 220В. Затем трансформатор преобразует переменный ток 220В в такой же переменный но уже в 30В. Вот такую вот нам захотелось произвести трансформацию.

Да на вторичной обмотке будет переменное напряжение в 30В но обратите внимание на отвод от средней точки вторичной обмотки. На вторичной обмотке сделано ответвление, причем количество витков до этого ответвления равно числу витков после ответвления.

Благодаря этому ответвлению мы можем получить на выходе вторичной обмотки переменное напряжение как в 30 В так и переменку в 15В. Это знание мы берем на вооружение.

Далее нам нужно переменку выпрямить и превратить в постоянку поэтому диодный мост нам в помощь. Диодный мост с этой задачей справился и на выходе мы получили не очень стабильную постоянку в 30В. Это напряжение будет нам показывать мультиметр если мы подключим шупы к выходу диодного моста, но нам нужно помнить про ответвление на вторичной обмотке.

Это ответвление мы ведем далее и подключаем между электролитическими конденсаторами и затем между следующией парой высокочастотных кондерчиков. Чего мы этим добились?

Схема с двумя диодными мостами

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Эта схема на мой взгляд проще, проще в том ключе, что нет необходимости искать трансформатор с ответвлением от середины или формировать вторичную обмотку самостоятельно. Но здесь придется раскошелиться на второй диодный мост.

Диодные мосты включены так, что положительный потенциал формируется с катодов диодиков первого моста, а отрицательный потенциал выходит с анодов диодов второго моста. Здесь нулевая точка отсчета выводится между двумя мостами. Упомяну также, что здесь используются разделительные конденсаторы, они оберегают один диодный мост от воздействий со стороны второго.

Эта схема также легко подвергается различным улучшениям, но самое главное она решает основную задачу — с помощью нее можно запитать операционный усилитель.

Обратная связь ОУ

Как я уже упоминал операционные усилители почти всегда используют с обратной связью (ОС). Но что представляет собой обратная связь и для чего она нужна? Попробуем с этим разобраться.

С обратной связью мы сталкиваемся постоянно: когда хотим налить в кружку чая или даже сходить в туалет по малой нужде 🙂 Когда человек управляет автомобилем или велосипедом то здесь также работает обратная связь. Ведь для того, чтобы ехать легко и непринужденно мы вынуждены постоянно контролировать управление в зависимости от различных факторов: ситуации на дороге, технического состояния средства передвижения и так далее.

В операционном усилителе все происходит подобным образом.

Без обратной связи при подаче на вход определенного сигнала на выходе мы всегда получим одно и тоже значение напряжения. Оно будет близко напряжению питания (так как коэффициент усиления очень большой). Мы не контролируем выходной сигнал. Но если часть сигнала с выхода мы отправим обратно на вход то что это даст?

Мы сможем контролировать выходное напряжение. Это управление будет на столько эффективным, что можно просто забыть про коэффициент усиления, операционник станет послушным и предсказуемым потому что его поведение будет зависеть лишь от обратной связи. Далее я расскажу как можно эффективно управлять выходным сигналом и как его контролировать, но для этого нам нужно знать некоторые детали.

Положительная обратная связь, отрицательная обратная связь

Да, в операционных усилителях применяют обратную связь и очень широко. Но обратная связь может быть как положительной так и отрицательной. Надо бы разобраться в чем суть.

Положительная обратная связь это когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход причем она (часть выходного) суммируется с входным.

Положительная обратная связь в операционниках применяется не так широко как отрицательная. Более того положительная обратная связь чаще бывает нежелательным побочным явлением некоторых схем и положительной связи стараются избегать. Она является нежелательной потому, что эта связь может усиливать искажения в схеме и в итоге привести к нестабильности.

С другой стороны положительная обратная связь не уменьшает коэффициент усиления операционного усилителя что бывает полезно. А нестабильность также находит свое применение в компараторах, которые используют в АЦП (Аналого-цифровых преобразователях).

Отрицательная обратная связь это такая связь когда часть выходного сигнала поступает обратно на вход но при этом она вычитается из входного

А вот отрицательная обратная связь просто создана для операционных усилителей. Несмотря на то, что она способствует некоторому ослаблению коэффициента усиления, она приносит в схему стабильность и управляемость. В результате схема становится независимой от коэффициента усиления, ее свойства полностью управляются отрицательной обратной связью.

При использовании отрицательной обратной связи операционный усилитель приобретает одно очень полезное свойство. Операционник контролирует состояния своих входов и стремится к тому, потенциалы на его входах были равны. ОУ подстраивает свое выходное напряжение так, чтобы результирующий входной потенциал (разность Вх.1 и Вх.2) был нулевым.

Подавляющая часть схем на операционниках строится с применением отрицательной обратной связи! Так что для того чтобы разобраться как работает отрицательная связь нам нужно рассмотреть схемы включения ОУ.

Схемы включения операционных усилителей

Схемы включения операционных усилителей могут быть весьма разнообразны поэтому мне врятля удастся рассказать о каждой но я постараюсь рассмотреть основные.

Компаратор на ОУ

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Формулы для компараторной схемы будут следующие:

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что этоТ.е. в результате будет напряжение соответствующее логической единице.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Т.е. в результате будет напряжение соответствующее логическому нулю.

Схема компаратора обладает высоким входным сопротивлением (импедансом) и низким выходным.

Рассмотрим для начала вот такую схему включения операционника в режиме компаратора. Эта схема включения лишена обратной связи. Такие схемы применяются в цифровой схемотехнике когда нужно оценить сигналы на входе, выяснить какой больше и выдать результат в цифровой форме. В итоге на выходе будет логическая 1 или логический ноль (к примеру 5В это 1 а 0В это ноль).

В результате 3В-1В =2В, но благодаря коэффициенту усиления операционника на выход пойдет напряжение равное напряжению источника питания, т.е. порядка 15В. Но стабилитрон отработает и на выход пойдет 5В что соответствует логической единице.

Триггер Шмитта на ОУ

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Чуть ранее мы рассматривали такую схему включения ОУ как компаратор. В компараторе сравниваются два напряжения на входе и выдается результат на выходе. Но чтобы сравнивать входное напряжение с нулем нужно воспользоваться схемой представленной чуть выше.

Здесь сигнал подается на инвертирующий вход а прямой вход посажен на землю, на ноль.

Но что случится если мы захотим подать напряжение равное нулю? Такое напряжение никогда не получится сделать, ведь идеального нуля не бывает и сигнал на входе хоть на доли микровольт но обязательно будет меняться в ту или другую сторону. В результате на выходе будут полный хаос, выходное напряжение будет многократно скакать максимума до минимума что на практике совершенно не удобно.

Для избавления от подобного хаоса вводит гистерезист — это некий зазор в пределах которого сигнал на выходе не будет меняться.

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Этот зазор позволяет реализовать данная схема посредством положительной обратной связи.

Повторитель

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Наиболее простой обладатель отрицательной обратной связи это повторитель.

Повторитель выдает на выходе то напряжение, которое было подано на его вход. Казалось бы для чего это нужно ведь от этого ничего не меняется. Но в этом есть смысл, ведь вспомним свойство операционника, он обладает высоким входным сопротивлением и низким выходным. В схемах повторители выступают в роли буфера, который оберегает от перегрузок хилые выходы.

Чтобы понять как он работает отмотаете чуток назад, там где мы обсуждали отрицательную обратную связь. Там я упоминал, что в случае с отрицательной обратной связью операционник всеми возможными способами стремится к равному потенциалу по своим входам. Для этого он подстраивает напряжение на своем выходе так, чтобы разность потенциалов на его входах равнялась нулю.

Так допустим на входе у нас 1В. Чтобы потенциалы на входах были раны на инвертирующем входе должен быть также 1В. На то он и повторитель.

Неинвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что этоИнвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Схема неинвертирующего усилителя очень похожа на схему повторителя, только здесь обратная связь представлена делителем напряжения и посажена на землю.

Посмотрим как все это работает. Допустим на вход подано 5В, резистор R1 = 10Ом, резистор R2 = 10Ом. Чтобы напряжение на входах были равны, операционник вынужден поднять напряжение на выходе так, чтобы потенциал на инверсном входе сравнялся с прямым. В данном случае делитель напряжения делит пополам, получается, что напряжение на выходе должно быть в два раза больше напряжения на входе.

Вообще чтобы применять эту схему включения даже не нужно ничего ворошить в голове, достаточно воспользоваться формулой, где достаточно узнать коэффициент К.

Инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

И сейчас мы рассмотрим работу такой схемы включения как инвертирующий усилитель. Для инвертирующего усилителя есть такие формулы:Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Теперь попробуем его в работе, допустим на входе у нас сигнал в 1В, резистор R2 = 100Ом, резистор R1 = 10Ом. Сигнал со входа идет через R1, затем R2 и на выход. Допустим сигнал на выходе невероятным образом стал 0В. Рассчитаем делитель напряжения.Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

1В/110=Х/100, отсюда Х = 0,91В

Получается что в точке А потенциал равен 0,91В, но это противоречит правилу операционного усилителя. Ведь операционник стремится уравнять потенциалы на своих входах. Поэтому потенциал в точке А будет равен нулю и равен потенциалу в точке B.

Как сделать так чтобы на входе был 1В а в точке А был 0В?

Для этого нужно уменьшать напряжение на выходе. И в результате мы получаем

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

К сожалению инвертирующий усилитель обладает одним явным недостатком — низким входным сопротивлением, которое равняется резистору R1.

Сумматор инвертирующий

Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

А эта схема включения позволяет складывать множество входных напряжений. Причем напряжения могут быть как положительными так и отрицательными. По истине на операционниках можно строить аналоговые компьютеры. Так чтож давайте разбираться.

Основой сумматора служит все тот же инвертирующий усилитель только с одним отличием, вместо одного входа он может иметь этих входов сколько угодно. Вспомним формулку и инвертирующего усилка.Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что этоПотенциал точки Х будет равен нулю поэтому сумма токов входящих с каждого входа будет выглядеть вот так:Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что этоЕсли нашей целью является чистое сложение входных напряжений то все резисторы в этой схеме выбираются одного номинала. Это приводит также что коэффициент усиления для каждого входа будет равен 1. Тогда формула для инвертирующего усилителя принимает вид: Инвертирующий усилитель что это. Смотреть фото Инвертирующий усилитель что это. Смотреть картинку Инвертирующий усилитель что это. Картинка про Инвертирующий усилитель что это. Фото Инвертирующий усилитель что это

Ну чтож, я думаю что с работой сумматора и других схем включения на операционниках разобраться не трудно. Достаточно немножко попрактиковаться и попробовать собрать эти схемы и посмотреть что происходит с входными и выходными сигналами.

А я на этом пожалуй остановлюсь ведь в работе с операционными усилителями применяются очень много различных схем включения, это различные преобразователи ток-напряжение, сумматоры, интеграторы и логарифмирующие усилители и все их рассматривать можно очень долго.

Если вас заинтересовали другие схемы включения и хотите с ними разобраться то советую полистать книжку П.Хоровица и У.Хилла, все обязательно встанет на свои места.

А на этом я буду завершать, тем более статья получилась достаточно объемной и после написания ее нужно чутка подшлифовать и навести марафет.

Друзья, не забывайте подписываться на обновления блога, ведь чем больше читателей подписано на обновления тем больше я понимаю что делаю что-то важное и полезное и это чертовски мотивирует на новые статьи и материалы.

Кстати друзья, у меня возникла одна классная идея и мне очень важно слышать ваше мнение. Я подумываю выпустить обучающий материал по операционным усилителям, этот материал будет в виде обычной pdf книжки или видеокурса, еще не решил. Мне кажется что несмотря на большое обилие информации в интернете и в литературе все=таки не хватает наглядной практической информации, такой, которую сможет понять каждый.

Так вот, напишите пожалуйста в комментариях какую информацию вы хотели бы видеть в этом обучающем материале чтобы я мог выдавать не просто полезную информацию а информацию которая действительно востребована.

А на этом у меня все, поэтому я желаю вам удачи, успехов и прекрасного настроения, даже не смотря на то что за окном зима!

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *