12.6 Усилители переменного напряжения

В усилителях переменного напряжения на ОУ возможно применение разделительных конденсаторов. В инвертирующем УНЧ на операционном усилителе (рис. 12.10, а) по постоянному току ОУ охвачен стопроцентной ООС и сдвиг выходного напряжения невелик: . Вследствие этого отпадает необходимость балансировки нуля и возможно подключение нагрузки без разделительного конденсатора. Коэффициент передачи УНЧ для идеального операционного усилителя

, где .

ЛАЧХ коэффициента усиления приведена на рис. 12.10, б. Пунктиром изображена ЛАЧХ ОУ. Полоса пропускания УНЧ на уровне 3 дБ идет от до.

В неинвертирующем УНЧ (рис. 12.11, а) наряду с разделительным конденсатором С2 включен конденсатор С1 для уменьшения сдвига и дрейфа нуля на выходе ОУ (в этом случае обратная связь на постоянном токе стопроцентная и значительно глубже, чем на переменном).

При R2=R3 сдвиг нуля определяется как

.

Коэффициент усиления по напряжению в рабочем диапазоне частот равен . Входное сопротивление.

Бόльшую величину входного сопротивления обеспечивает схема, представленная на рис. 12.11, б. Резистор R3 по переменной составляющей включен между входами ОУ, напряжение между которыми близко к нулю. Поэтому входной ток почти не течет в R3. В этой схеме .

12.7 Усилители с токовым выходом

При измерении постоянных напряжений с помощью токового прибора (миллиамперметра) возникают погрешности за счет влияния измерительной цепи на измеряемую, изменения сопротивления медной рамки прибора при изменении температуры окружающей среды. В вольтметрах переменного напряжения к ним добавляются погрешности за счет падения напряжения на диодах выпрямителя.

Применение операционных усилителей (рис. 12.12) позволяет существенно уменьшить перечисленные погрешности и построить милли-вольтметры постоянного и переменного напряжения. Применение неинвертирующего включения ОУ обеспечивает большое входное сопротивление измерительной цепи. Поэтому при ее подключении величина U_вх не изменяется. Так как разность потенциалов между входами ОУ практически равна нулю, ток через калибровочный резистор R определяется соотношением I = U_вх/R. Такой же ток течет через стрелочный прибор (миллиамперметр), подключенный в цепь ООС операционного усилителя. Величина этого тока не зависит от сопротивления рамки токового прибора и других сопротивлений, последовательно с ней включенных (в частности, диодов выпрямительной схемы). С помощью резистораR легко изменять шкалу прибора.

В схеме вольтметра переменного напряжения в момент перехода измеряемого напряжения через ноль цепь обратной связи ОУ разомкнута. Поэтому напряжение на выходе ОУ быстро достигает порога отпирания диодов. Следовательно, ошибка за счет напряжения отпирания диодов уменьшается в К раз.

Схема дифференциального усилителя с токовым выходом приведена на рис. 12.13. Наряду с ООС в ней используется ПОС с выхода ОУ на неинвертирующий вход.

Напряжение на выходе операционного усилителя

Подставив это выражение в уравнение тока нагрузки i_н = i₂+ i₁, получаем

т.е. ток i_н не зависит от сопротивления нагрузки и пропорционален разности входных напряжений. Устройство выполняет функцию стабилизатора тока.