6.7 Дифференцирующий усилитель на основе оу

Дифференцирующим усилителем называется аналоговое устройство, выходное напряжение которого пропорционально производной его входного напряжения по времени. Простейший (идеальный) дифференциатор представлен на рисунке 6.10.

Рисунок 6.10 - Дифференцирующий усилитель на ОУ

Реальный дифференциатор имеет динамические ошибки, связанные с ограниченной величиной коэффициента передачи ОУ и его конечной частотой w_В (см. разделы 1.3.4 и 6.1, рисунки 1.32, 1.33). Данные ограничения определяют появление различного рода корректирующих цепочек, усложняющих конструкцию усилителей.

Например, для приведенной схемы (см. рисунок 6.10), частотный диапазон лежит в пределах 0 < w < 1/( R_OC·C). Однако, емкость на входе определяет с ростом частоты падение входного сопротивления, что может негативно сказаться на источнике входного сигнала (в случае его большого внутреннего импеданса).

Для повышения стабильности и входного импеданса дифференциатора последовательно с емкостью включают дополнительное сопротивление R_K, параллельно же R_ОС ставят емкость С_K (см. рисунок 6.11). Наличие данных элементов превращают чистый дифференциатор в дифференциатор – сумматор, на выходе которого сигнал пропорционален выражению [7]:

Рисунок 6.11 - Дифференцирующий усилитель на ОУ

с корректирующими элементами С_К и R_К

При условии R_К·C = R_OC·C_К на частотах w < 1/ (R_К·C) усилитель дифференцирует входной сигнал, при больших частотах – интегрирует.

6.8 Компаратор (устройство сравнения) напряжения на оу

Компаратором называется устройство, предназначенное для сравнения измеряемого напряжения с напряжением воспроизводимым мерой. В качестве меры используют источник опорного напряжения.

Принципиальная схема компаратора изображена на рисунке 6.12.

Рисунок 6.12 - Компаратор напряжения на ОУ

ОУ в устройстве сравнения работает в режиме бесконечно большого усиления (R_ОС = ∞), при этом на сигнал выходе равен предельному (~ +U_П) для: . В случае U_ВЫХ изменяется на нулевой (специализированный компаратор) или на ~ -U_П для стандартного ОУ. В специализированных компараторах (например, К544СА3) используются усилители с высокой скоростью нарастания выходного сигнала и дополнительные каскады ограничения напряжения низкого уровня уровнем нуля соответствующей серии логических интегральных схем. В компараторе К544СА3 уровень нуля и единицы совпадает с параметрами ТТЛ уровней.

На рисунке 6.13 изображены временные диаграммы, поясняющие работу компаратора.

Рисунок 6.13 - Диаграмма работы компаратора напряжения

В состав компаратора входит сопротивление положительной обратной связи R_Р необходимое для формирования зоны гистерезиса на выходной характеристике. Ширина зоны лежит в обратной пропорции с величиной R_Р . Размер гистерезиса должен превышать амплитуду помехи (чаще всего частота силовой сети 50 Гц ), наложенной на входной сигнал, в противном случае в переходном режиме на выходном напряжении будут возникать импульсы ложного срабатывания, которые иногда нежелательны.