Лекция № Усилители

Усилители относятся к масштабным преобразователям приборов, кот изменяют значения входной величины, в заданное количество раз без изменения ее физической природы

Рассмотрим некоторые разновидности усилителей с отрицательной ОС на основе ОУ. Мы расмотрели основные основные конфигурации инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального (измерительного) усилителей. Наряду с этими базовыми схемами находят применение также их различные модификации, которые полезно будет рассмотреть.

Усилители с т-образной цепью оос

Рассмотрим схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей, в которых в цепи обратной связи входит Т-образный трехполюсник, составленный из резисторов R_{2 ,} R₃, R₄.

Это дает возможность уменьшить диапазон сопративлений, необходимых для получения заданных коэффициентов усиления.

Для схемы инвертирующего усилителя (схема а) и схемы б (неинвертирующий усилитель) справедливы соотношения

Сравнивая эти выражения с формулами для коэффициентов усиления базовых схем, можно увидеть, что в данном случае диапазон сопротивлений может быть существенно меньше.

Если, например, необходимо построить усилители, имеющие коэффициент усиления , то при базовых схемах требуются резисторы, для которых. Применяя же эти схемы, получим те же коэффициенты усиления при. Т.е. достоинством таких схем является то, что появляется возможность использовать удобные сопротивления резисторов и не создается опасность из-за влияния паразитной емкости, которую всегда нужно учитывать при работе с большими номиналами размеров.

Т- образный двухполюсник, естественно, можно использовать и в обратной связи простейшего дифференциального усилителя, получаемого при совмещении схем …..усилителей. Для уравнения в утом случае модулей коэффициентов усиления по И и НИ-входам следует установить на НИ входе резистивный делитель. Обозначая сопротивления резисторов этого делителя R₅ и R₆ получим следующие соотношения, необходимые для выполнения условия:

_,

_.

Усилители переменного напряжения

В тех случаях, когда усилители предназначены для усиления только переменной составляющей входного сигнала, в их входные цепи обычно включают разделительные конденсаторы.

Пример. Схема простейшего дифференциального усилителя переменного напряжения.

При R₄ = R₂ ;R₃ = R₁ ; C₂ = C₁ нижняя граничная частота такого усилителя по уровню 3 дБ (частота среза), т.е. частота, на которой коэффициент усиления падает примерно на 30 %, равна:как для сигналаU₁ так и для сигнала U₂. Верхняя граничная частота зависит от инерционности ОУ и от параметров цепей частотной коррекции.

Приведем еще два примера усилителя переменного напряжения.

R 100к предназначен для заземления входного тока ОУ (очень небольшого по величине) т.к. для ОУ применяется симметричное питание - +U_ип и -U_ип.

Для этой схемы коэффициент усиления к = 10. Точке – 3 дБ соответствует частота

Если усиливаются только сигналы переменного тока, то можно уменьшить коэффициент усиления для сигналов постоянного тока до единицы (к_оу ~∞), что позволяет уменьшить влияние всегда существующего приведенного по входу напряжения сдвига.

Для этой схемы точке –3 дБ соответствует частота 17 Гц. На этой частоте импеданс конденсатора равен 2 кОм.

При использовании ОУ с межкаскадными связями по току возникает проблема уменьшения входного сопротивления за счет того, что по входу обязательно должен быть подключен зазамлен резистор. Поэтому для построения НИ усилителя переменного напряжения часто применяют схему с так называемой следящей связью.

Достоинство этого усилителя – возможность получения высокого входного сопротивления. В данном случае Н вход ОУ соединен с землей через последовательно соединенные резисторы R₁ и R₃. Если в рассматриваемой частотной полосе сопротивление конденсатора С₁ достаточно мало (по сравнению с резисторами R₁ и R₃), то переменные напряжения в точке а будет таким же как и на И-входе ОУ. Поскольку напряжение на И- и Н-входах ОУ практически равны, то оказывается, что напряжения на обоих выводах резистора R₃ почти равны. Вследствие этого ток через резистор R₃ будет малым, а входные сопротивления усилителя большим. Если в операторном виде найти коэффициент усиления этого усилителя, то получим:

Отсюда следует, что для уменьшения частотной погрешности усилителя на низких частотах следует увеличивать постоянные времени С₁R₂, C₁R₃, C₂R₃.