1.1.3 Неинвертирующий операционный усилитель

При неинвертирующем включении ОУ источник сигнала U₂ и входные резисторы можно подключать и к его неинвертирующему входу (рис. 1.3).

Если цепь ООС замкнута, тогда:

U₁ = I₁Z₁ = U_вых Z₁ / (Z₁ +Z_ос); U_вых = K(U₂  U₁).

При совместном решении этих равенств получаем

При Z₁Z_ос = K – 1 и K = 1 - неинвертирующий усилитель работает, как повторитель напряжения. На практике широко используется также классическая формула

Величины входного и выходного сопротивлений неинвертирующего усилителя рассчитывают по формулам

Z_вх.св  R_вх.д [1+KZ₁ (Z₁+Z_ос)];

Z_вых.св  R_вых.д (1+ ∙К) .

1.1.4 Интегрирующий усилитель

Интегрирующие усилители (интеграторы) преобразуют входные сигналы в интегральные функции времени. Для интегратора требуется один ОУ, который работает в инвертирующем режиме (рис. 1.4). Интегрирующий усилитель создается путём замены резистора R_ос в схеме инвертирующего усилителя на конденсатор C.

При использовании в интеграторе ОУ с идеальными характеристиками, напряжение на выходе интегратора определяется согласно выражения (1.6.)

9

где RC = _з– постоянная времени заряда интегратора ; K₁ = (RC)  масштабный коэффициент.

Масштаб интегрирования выбирают так, чтобы выходное напряжение усилителя не достигало на рабочем участке предельного значения  U_{вых max}.

Коэффициент усиления по напряжению интегратора К_иу при Z_R = R и

Z_c= 1/jC может быть вычислен по формуле (1.7)

(1.7)

т.е. коэффициент усиления интегратора зависит от частоты. С ростом частоты входного сигнала коэффициент усиления, а, следовательно, и выходное напряжение интегратора, уменьшаются.

Зависимость коэффициента усиления K_иу от частоты f входного сигнала показана на рис. 1.5,а. Обычно выбирают C = 0,01…1 мкФ в цепи заряда конденсатора R-C [1,2].

Постоянная времени цепи заряда интегратора задаётся из условия

₃ = K₁ =RC

Следовательно величину резистора R можно рассчитать по формуле

R = ₃ / C (1.8)

Следует учесть, что выбранная величина резистора R должна удовлетворять следующему условию:

где Е_п – напряжение источника питания

10

Рисунок 1.4 - Схема электрическая принципиальная интегрирующего усилителя реализованного на ОУ

а)

б)

Рисунок 1.5 – График зависимости коэффициента усиления: а- интегрирующего усилителя от частоты входного сигнала Kиу = F(f); б – дифференцирующего усилителя от частоты входного сигнала К_ду = F(f)

Рисунок 1.6 - Схема электрическая принципиальная дифференцирующего усилителя реализованного на ОУ

11

В интеграторе для уменьшения времени разряда конденсатора необходимо включать параллельно конденсатору С резистор R_ос или транзисторный ключ (на рис. 1.4 не показаны).

_p = R_oc С – постоянная времени разряда конденсатора определяется в цепи R_ос – С интегратора.

Зная постоянную времени разряда _p и значение величины емкости С, определяют величину сопротивления резистора R_oc.

Найденное значение R_oc должно удовлетворять следующему условию:

где Е_п- напряжение источника питания

Балансный резистор R_б (если предусмотрен в схеме) выбирают из условия

1 / R_б  1 / R_ут + 1 / R, причем R_б  U_{см 0} / ∆ Iвх. (1.11)

Резистор утечки определяют по формуле

R_ут = 1 / С,

где  = 10 … 10  коэффициент, характеризующий величину сопротивления утечки; Е_п – напряжение источника питания.