Ox.

ивьк

Рис. 3.8. Полярности напряжений и направления токов в неинвертирующем усилителе при положительном (а) и отрицательном (б) входных напряжениях.

Ток нагрузки / равен Увых/Нн и, следовательно, зависит только от f/вых и Rh. Ток /вых, вытекающий из выходного ввода ОУ (пли втекающий в него), определяется выражением (3.3).

Пример 3.J2. Положим в схеме рис. 3.8, а R\=b кОм, /?о.с=20 кОм и / N=2 В. Определить а) (/вых и б) Ко.с Решение, а) Из (3.11а)

20 кОм

б) Используя (3.116), получаем

Кос =

= 1+-

10 В

= 5,

20 кОм 5 кОм

= 1 + 4 = 5.

Прижр 3.13. Используя данные и результаты примера 3.12, а также то, что Ru=6 кОм, вычислить а) ток нагрузки /н и б) выходной ток ОУ /вых. Решение, а) Так как (/вых =10 В (из примера 3.12), то

; £вы J 2M ~ /? ~ 5 кОм ~

б) Используя (3.3) и значение 1=2 В/5 кОм=0,4 мА, получим W = /+ /н = 0,4 мА+ 2 мА = 2,4 ыА.

Пример 3.14. Рассчитать значение /?о с в схеме рис. 3.8, б так, чтобы Ко.с=16 при /?1=2 кОм.

Решение. Из уравнения (3.116) получаем

°-=/Со.с-1 = 16-1 = 15,

откуда

Ro.c == 15

15-2 кОм = 30 кОм.

3.7. Неинвертирующий сумматор

3.7.1. Неинвертирующий сумматор с двумя входами. Такой сумматор показан на рис. 3.9, а. Все резисторы в этой схеме имеют равные сопротивления. Чтобы определить напряжение вх, приложенное к входу ( + ), обратимся к рис. 3.9,6. Разность между Ei и 2 распределяется поровну между входнььми резисторами R, так что £вх= (£i+£2)/2. На рис. 3.9, е представлена упрощенная (по Тевенину) эквивалентная схема входной цепи, образующая совместно с ОУ неинвертирующий усилитель с коэффициентом уси-.мения, равным 2 (см. разд. 3.6). Этот усилитель умножает {Ei-p ,+ £2)/2 на 2, давая на выходе напряжение

Ub=E, + E. (3.12)

if,-

£,+ £.

Рис. 3.9. Неинвертирующий сумматор с двумя входами. а - схема включения; б - схема для вычисления Е при Ei>Ei. в - эквивалентная схема для а.

Рис. 3.10. Неинвертирующий сумматор с тремя входами (R=10 кОм).

3.7.2. Неинвертирующий сумматор с N входами. Если необходимо просуммировать более двух входных сигналов, все резисторы, ;а исключением i?o.c, делают одинаковыми. При этом в сумматоре с п входами сопротивление /?о.с выбирают по формуле

о.с=( -1). (3.13)

/;ех теперь равно сумме входных напряжений, деленной на число иходов (т. е. среднему значению входных напряжений). При этом /вых равно просто сумме входных напряжений. На рис. 3.10 показана схема неинвертирующего сумматора с тремя входами.

Пример 3.15. На рис. 3.10 £,=£2=2 В, £3=-1 В. Для Ri=R=\0 кОм определить а) Ro.c и б) [/вых.

Решение, а) При п=3 из (3.13) получаем Ro.c=(3-1) 10 кОм=20 кОм. б) [/вых=£,-1-£2-Ь£з=2 B-f2 В-1 В=3 В.

3.8. Различие между измеренным и вычисленным значениями С/вых

При испытаниях схем, приведенных в этой главе, измеренное значение выходного напряжения может отличаться от вычисленного. Это следствие того, что мы не учитывали неизбежные погрешности ОУ. Анализ этих погрешностей в данной главе отвлек бы наше внимание и излишне усложнил понимание работы схем. Ниже в гл. 10 и 11 погрешности ОУ будут рассмотрены тщательным образом.

Глава 3

Задачи

8.1.

8.2,

3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

3.7. 3.8.

3.9.

3.10. З.П.

3.12.

3.13. 3.14.

3.15. 3.16.

3.17. 3.18.

3.19.

3.20.

3.21. 3.22.

3.23. 3.24.

3.25.

Какой тип обратной связи образуется при подк-аючении навесного элемента между выходом и инверсным входом ОУ?

Чем определяется коэффициент усиления с обратной связью - внешними элементами илн операциониым усилителем, если коэффициент усиления ОУ без ОС очень велик?

Какие два допущения приняты в данной главе при анализе схем? Выполните пример 3.1 при /?вх=50 кОм.

Прн R =]0 кОм в схеме рис. 3.1 определите а) /н и б) /вых. £bj; = 1 В. Если на рис. 3.1 /?ех=50 кОм, то чему равно входное сопротивление схемы для источника Евх?

В примере 3.3 при Евх=0,05 В вычислите а) /, б) Uk и в) (/вых.

Пусть в схеме по рис. 3.2 Евх = 0,4 В и /? =5 кОм. Определите а) /

и б) / ых-

Если /?о.с=100 кОм, а /?вх=20 кОм, то будет ли коэффициент усиления схемы с обратной связью одним и тем же для входных сигналов постоянного и переменного тока.

Если в схеме по рис. 3.3 ±(/нас=±15 В, прн какой двойной амплитуде

Евх начинается насыщение выхода?

Вычис.чить t/вых для рис. 3.4, если а) Е,=~2 В, £2=-! В и Ез=0,5 В;.

б) £1 = 2 В, £2=-3 В и £з=1 В.

Все резисторы в схеме имеют номинал 20 кОм.

Используя данные примера 3.7, определите а) ток нагрузки и б) ток, поступающий в выходной зажим ОУ. /? =10 кОм. Повторите пример 3.9 для /?о.с = 50 кОм.

Если в схеме по рис. 3.5 £з=0, а £, и Е2 отличны от нуля, то почему ток

1+/2 проходит по Ro.c, а не через R3 на землю?

Найдите Увых в примере 3.10, если £[ = -8 В, £2=-1-2 В, а £з=0.

Для схемы по рис. 3.7, а при £вх=10 В вычислите а) t/вых, б) /я

н в) / , х.

Приведите три других назваиня схемы повторителя напряжения (рис. 3.6). Положим в схеме рнс. 3.8 /?i = 25 кОм. /?пс=100 кОм и £вх=2,5 В. Определите а) Ло.с н б) f , ., .

Л.,я схемы с параметрами, мринстепными в предыдущей задаче, определите а) /,. и б) /вых. /? = 20 кОм.

Раеечптайтс схему рис. 3.8, б так, чтобы коэффициент усиления с обратной спязью равнялся 10. /?i = 22 кОм.

Вычислите в схеме предыдущей задачи U[ , если £вх = 440 мВ.

Пусть в схеме рнс. 3.9, а все резисторы имеют номинал 10 кОм, £i=5 В

и £2 = -3 В. Определите а) £вх и б) t/вых-

Решите предыдущую задачу при условии, что /?о.с=50 кОм.

Определите значение Ro.c в схеме рис. 3.10, если к этой схеме добавить

четвертый вход £4. Положим R = 20 кОм.

Обратимся к примеру 3.15. Определите а) ток нагрузки, если Ra=6 кОы, и б) тик в R,...

КОМПАРАТОРЫ

4.0. Введение

Компаратор сравнивает напряжение сигнала на одном входе с опорным напряжением, имеющимся на его другом входе. В гл. 2 пыл описан этот принцип сравнения и показано, что опорное напряжение может быть положительным, отрицательным илн равным О В. Если в качестве компаратора используется ОУ общего назначения, то на его выходе будет устанавливаться положитель-[ое или отрицательное напряжение насыщения в зависимости от того, какое из входных напряжений выше. Компаратор применяют в следующих схемах:

1. В триггере Шмитта или схеме формирования сигнала, преобразующей сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.

2. В детекторе нуля - схеме, индицирующей момент и направление прохождения входного сигнала через О В.

3. В детекторе уровня - схеме, индицирующей момент достижения входным напряжением данного уровня опорного напряжения.

4. В генераторе сигналов треугольной или прямоугольной формы.

В разд. 2.4 и 2.5 мы ввели основную схему компаратора, с тем чтобы показать, где может применяться операционный усилитель. Можно расширить возможности применения и увеличить надежность основной схемы компаратора, добавив к ОУ общего назначения несколько навесных элементов. Мы рассмотрим также интегральные микросхемы двух типов, разработанные специально для использования их в качестве компараторов и обеспечивающие при этом гораздо лучшие характеристики.

Включим в основную схему компаратора на ОУ резистивную цепь, соединяющую выходной зажим и вход { + ). Эта цепь является цепью положительной обратной связи (ПОС). Обычно ПОС ведет к нестабильной работе усилителя. Однако при определенных условиях при помощи контролируемой положительной обратной связи можно добиться улучшения характеристик основной схемы компаратора при использовании ее в качестве генератора прямоугольных сигналов (мультивибратора), ждущего мультивибратора

4-1718