- •Электроника
- •1. Основные понятия электроники
- •1.1. Электронная цепь (схема)
- •1.2. Классификация электронных схем
- •Фильтры
- •2.1. Пассивная дифференцирующая цепь
- •2.2. Пассивная интегрирующая цепь
- •2.3. Полосовой фильтр
- •2.4. Режекторный фильтр
- •2.5. Кварцевый фильтр
- •3. Линии задержки
- •3.1. Цепочечные линии задержки
- •3.2. Коаксиальные линии задержки
- •3.3. Ультразвуковые линии задержки
- •4. Усилители на транзисторах
- •4.1. Схема с общим эмиттером
- •4.2. Схема с общим коллектором
- •4.3. Схема с общей базой
- •4.4. Сравнение схем включения транзисторов и их применение
- •4.5. Дифференциальный усилитель
- •5. Операционные усилители
- •5.1. Основные свойства оу
- •5.2. Инвертирующий усилитель на оу
- •5.3. Неинвертирующий усилитель на оу
- •5.4. Повторитель на операционном усилителе
- •5.5. Инвертирующий сумматор
- •5.6. Активная дифференцирующая цепь
- •5.7. Активная интегрирующая цепь
- •5.8. Логарифмический преобразователь
- •5.9. Антилогарифмический преобразователь
- •6. Компараторы
- •6.1. Двухвходовый компаратор
- •6.2. Одновходовый компаратор
- •6.3. Регенеративный компаратор
- •6.4. Нуль-детектор
- •7. Электронные ключи
- •8. Генераторы гармонических сигналов
- •8.1. Rc-генератор на основе моста Вина
- •8.2. Rc-генератор с использованием двойного т-моста
- •8.3. Rc-генератор на основе фазосдвигающих цепочек
- •8.4. Трехточечные генераторы
- •9. Генераторы импульсов
- •9.1. Ждущий мультивибратор (одновибратор) на оу
- •9.2. Автоколебательный мультивибратор на оу
- •9.3. Мультивибратор в режимах деления частоты и синхронизации
- •9.4. Транзисторный ждущий мультивибратор (одновибратор)
- •9.5. Транзисторный автоколебательный мультивибратор
- •9.6. Мультивибратор на динисторе
- •9.7. Блокинг-генератор
- •9.8. Формирователь импульсов на основе длинной линии
- •9.9. Генератор ударного возбуждения
- •9.10. Генератор линейно изменяющегося напряжения
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
- •Электроника
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
5.2. Инвертирующий усилитель на оу
Наиболее часто используется в электронике инвертирующее включение операционного усилителя (рис. 5.13). Получим формулу для коэффициента передачи схемы при некоторых допущениях, которые, впрочем, не слишком отличаются от реальности. Итак, допустим:
|
Рис. 5.13 |
2. Входное сопротивление операционного усилителя также бесконечно (Rвx ОУ).
Эти допущения будем использовать и при рассмотрении других включений ОУ.
Для простоты также примем, что сопротивления Z1 и Z2 – активные, т. е. Z1=R1, Z2=R2. Запишем для точки а (инвертирующий вход ОУ) уравнение токов в соответствии с первым законом Кирхгофа. Обозначив ток через R1 как I1, через R2 – как I2, а входной ток ОУ – как Iвx ОУ, получим: I1 = I2 + Iвx ОУ. В связи с допущением о Rвx ОУ можно принять Iвx ОУ = 0, т. е. уравнение токов примет вид I1 = I2.
Выразим токи через сопротивления и падения напряжений на этих сопротивлениях, вызываемые токами, как ΔU1/R1 = ΔU2/R2, но, с учетом направлений токов, ΔU1 = Uвx – a, ΔU2 = a – Uвыx, где a – потенциал точки а. Так как точка а накоротко соединена с инвертирующим входом ОУ, то a равен потенциалу инвертирующего входа ОУ. Согласно схеме рис. 5.13, неинвертирующий вход ОУ накоротко соединен с землей, поэтому входной сигнал ОУ Uвx ОУ, равный разности потенциалов на неинвертирующем и инвертирующем входах операционного усилителя, составляет, в силу допущения о КОУ и при ограниченных значениях Uвыx (как указывалось в 5.1, Uвыx не превосходит напряжение источника питания):
Uвx ОУ = Uвыx ОУ/KОУ = Uвыx/ = 0.
Тогда ΔU1 = Uвx, ΔU2 = – Uвыx, Uвx/R1 = – Uвыx/R2.
Переписав последнее выражение в виде, удобном для определения коэффициента передачи КU, получим: KU = Uвыx/Uвx = – R1/R2.
Итак, коэффициент передачи схемы рис. 5.13 определяется соотношением сопротивлений: сопротивления обратной связи (включенного между выходом и инвертирующим входом ОУ) и так называемого входного сопротивления (включенного между входом схемы и инвертирующим входом ОУ; не путайте его с Rвx ОУ – входным сопротивлением самого ОУ!). Заменим в выражении для КU цифровые индексы на буквенные: R1 = Rвx, R2 = R oc. Тогда
КU = – Roc / Rвx.
В схемотехнике это одно из важнейших соотношений, которое следует обязательно запомнить. Обсудим его.
Во-первых, обратим внимание на знак «минус». Его наличие свидетельствует о том, что при прохождении через схему (рис. 5.13) постоянный сигнал будет менять знак на противоположный, а гармонический сигнал приобретает сдвиг по фазе на 180° (–1 = еj180). Таким образом, происходит инверсия сигнала, и для ряда электронных схем, построенных на основе цепи рис. 5.13, в качестве составной части названия употребляют слово «инвертирующий».
Во-вторых, отметим, что, согласно формуле KU = – Roc/ Rвx, коэффициент передачи может принимать любое значение: при Roc < Rвx |КU| < 1; при Roc = Rвx KU = – 1; при Roc > Rвx |KU| > 1. В последнем из перечисленных случаев имеет место усиление сигнала, поэтому схема рис. 5.13 называется инвертирующим усилителем. Впрочем, данный термин, как правило, применяют к рассматриваемой схеме при любом соотношении Rос и Rвx, хотя это не вполне корректно.
Формула коэффициента передачи для инвертирующего усилителя кажется парадоксальной, поскольку не включает параметров основного элемента – ОУ. Но следует помнить, что такое явление – результат допущений о свойствах именно ОУ. Если КОУ и Rвх ОУ (реально так оно и есть), то и значение КU несколько отличается от расчетного.
Пользуясь формулой для КU инвертирующего усилителя, можно определить максимальное значение входного сигнала, который пройдет через схему без нелинейных искажений. В самом деле, так как Uвx max = E/|KU|, то для данного частного случая Uвx max = ER1/R2, где Е – напряжение, соответствующее плоским участкам передаточной характеристики (см. 5.1).
Формула для коэффициента передачи схемы рис. 5.13 может быть получена и для более общего случая, когда Z1 и Z2 являются комплексными. Использованные при выводе первый закон Кирхгофа и закон Ома справедливы и при комплексных сопротивлениях, поэтому результирующая формула для КU примет вид KU = –Z2/Z1 = –Zос/Zвх.