К140Уд1408. Операционные усилители: схемы сложения, вычитания, интегрирования и дифференцирования

Как работают суммирующий, дифференциальный и инструментальный усилители на ОУ. Принципы работы интегрирующих и дифференцирующих звеньев. Схема выборки-хранения на ОУ. Ключевые особенности и применение различных схем на ОУ.

Суммирующий усилитель на ОУ: принцип работы и расчет

Суммирующий усилитель позволяет выполнить операцию сложения нескольких входных сигналов с помощью операционного усилителя. Рассмотрим принцип его работы:

• К инвертирующему входу ОУ подключаются два и более входных резистора
• На инвертирующем входе поддерживается виртуальный нуль
• Сумма токов через входные резисторы компенсируется током через резистор обратной связи

Передаточная характеристика простейшего суммирующего усилителя при равных сопротивлениях входных резисторов:

«`latex U_{вых} = -(U_{вх1} + U_{вх2}) \cdot \frac{R_{2}}{R_{1}} «`

Для корректной работы суммирующего усилителя важно, чтобы источники сигналов имели минимальное выходное сопротивление.

Дифференциальный усилитель: схема вычитания сигналов

Дифференциальный (разностный) усилитель позволяет выполнить операцию вычитания двух входных сигналов. Его можно получить, доработав схему инвертирующего усилителя:

• Для сигнала U_вх1 схема работает как неинвертирующий усилитель
• Для сигнала U_вх2 — как инвертирующий усилитель

При равенстве сопротивлений R1=R3 и R2=R4 передаточная характеристика имеет вид:

«`latex U_{вых} = (U_{вх1} — U_{вх2}) \cdot \frac{R_{2}}{R_{1}} «`

Однако простая схема дифференциального усилителя имеет ряд недостатков, в частности разное входное сопротивление по входам.

Инструментальный усилитель: универсальное решение

Инструментальный (измерительный) усилитель представляет собой улучшенный вариант дифференциального усилителя. Его ключевые особенности:

• Одинаковое высокое входное сопротивление по обоим входам
• Регулировка коэффициента усиления одним резистором
• Возможность работы в режиме сумматора, вычитателя, неинвертирующего и инвертирующего усилителя

Коэффициент усиления инструментального усилителя рассчитывается по формуле:

«`latex K = 1 + \frac{2R}{R_{1}} «`

Инструментальные усилители выпускаются в виде готовых интегральных микросхем и широко применяются в прецизионных измерительных системах.

Интегрирующее звено на ОУ: расчет интеграла по времени

Интегрирующее звено позволяет вычислить интеграл входного сигнала по времени. Принцип работы:

• В цепи обратной связи ОУ используется конденсатор
• Входной ток заряжает конденсатор, напряжение на нем пропорционально интегралу входного сигнала

Коэффициент передачи интегрирующего звена при R2 = ∞:

«`latex K(j\omega) = -\frac{1}{j\omega RC} «`

Для минимизации дрейфа выходного напряжения используют ОУ на полевых транзисторах с малыми входными токами.

Дифференцирующее звено: вычисление производной сигнала

Дифференцирующее звено предназначено для вычисления производной входного сигнала по времени. Его схема:

• Конденсатор включен во входную цепь ОУ
• Выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала

Коэффициент передачи дифференцирующего звена при C2 = 0:

«`latex K(j\omega) = -j\omega RC «`

Для повышения устойчивости и снижения чувствительности к ВЧ-помехам параллельно резистору обратной связи включают небольшой конденсатор C2.

Схема выборки-хранения: запись и хранение мгновенных значений

Схема выборки-хранения позволяет записывать мгновенные значения аналогового сигнала и хранить их в течение заданного времени. Принцип работы:

• При замыкании ключа S1 входной сигнал записывается в конденсатор C1
• При размыкании S1 заряд сохраняется на C1, удерживая записанное значение
• Ключ S2 используется для сброса хранимого значения

Схемы выборки-хранения широко применяются в системах сбора данных и аналого-цифровых преобразователях.

Ключевые особенности применения схем на ОУ

При разработке аналоговых схем на операционных усилителях следует учитывать следующие моменты:

• Выбор ОУ с подходящими характеристиками (входные токи, скорость нарастания выходного напряжения и т.д.)
• Обеспечение устойчивости схемы, особенно для интеграторов и дифференциаторов
• Минимизация влияния паразитных параметров (емкости монтажа, входные токи ОУ)
• Правильный выбор номиналов резисторов и конденсаторов
• Учет реальных характеристик ОУ при расчете схем

Правильное применение рассмотренных схем позволяет создавать прецизионные аналоговые устройства для обработки сигналов, измерений и управления.

Активный детектор. Умножение и деление на ОУ. Источники питания. Усилители мощности / Хабр

В предыдущей публикации цикла мы разобрались, как работают составные части ПИД-регулятора, научились производить операции сложения и вычитания, находить производную и интеграл по времени.

В данной публикации цикла мы научимся с помощью ОУ производить операции деления и умножения, находить модуль, определять знак, сравнивать числа и находить наибольшее из них. Для этого мы разберём работу ряда схем на ОУ с «обвязкой» из транзисторов и диодов.

Публикация содержит большое количество схем, работа большинства которых понятна без подробных объяснений, диаграмм и графиков. Часть решений дана для информации: они служат основой для специализированных микросхем и в «чистом виде» в современной разработке уже не применяются.

Для тех, кто присоединился недавно, сообщаю, что это четвёртая из семи публикаций цикла. Содержание публикаций со ссылками на них находится в конце статьи.

На КДПВ к компании операционных усилителей К140УД708, К140УД1408 и К574УД2Б добавлен малошумящий двухканальный ОУ К157УД2 – советский аналог LM301.

Активный детектор

Детектор (однополупериодный выпрямитель) предназначен для передачи на выход сигналов только одной полярности. При подаче на вход детектора сигнала другой полярности, на выходе детектора устанавливается уровень 0 В.

Классическая схема активного детектора на ОУ приведена на рисунке ниже:

Схема при подаче на выход положительных значений входного сигнала (U_вх > 0) ведёт себя как повторитель. Нелинейность вольтамперной характеристики диода и величина прямого падения напряжения U_пр компенсируются ООС. При U_вх < 0, U_вых = 0 В.

Существенным недостатком схемы является переход DA1 в режим насыщения при подаче на вход отрицательного напряжения: это приводит к искажениям выходного сигнала при переходах нуля входным сигналом.

Усовершенствованная схема активного детектора на ОУ при отрицательных значениях входного сигнала ведёт себя как инвертирующий повторитель. При положительных значениях входного сигнала за счёт обратной связи через диод VD2 на выходе левого по схеме ОУ устанавливается напряжение, равное 2U_пр.

Активный пиковый детектор

Активный пиковый детектор служит для нахождения наибольшего значения входного сигнала:

Когда напряжение на входе схемы больше, чем на конденсаторе C1, диод VD1 открывается, и напряжения на входе детектора и на конденсаторе C1 выравниваются. Сброс хранящегося в C1 значения производится замыканием ключа S1.

Активный ограничитель сигнала

Схема активного ограничителя сигнала на ОУ приведена ниже:

Напряжение U_вых на выходе схемы не может превышать значение U_огр: при значениях U_вх < U_огр входное напряжение U_вх подаётся на неинвертирующий вход повторителя DA2. При U_вх > U_огр напряжение на выходе DA1 открывает диод VD1, DA1 начинает работать как повторитель, напряжение на выходе DA2 U_вых = U_огр.

Нахождение абсолютного значения напряжения сигнала

Абсолютное значение (модуль) напряжения входного сигнала находят с помощью активного двухполупериодного выпрямителя на двух ОУ:

При отрицательном значении входного напряжения диод VD1 открыт и положительное напряжение с выхода DA1 поступает на неинвертирующий вход DA2:

При положительном значении входного напряжения открыт диод VD2 и отрицательное напряжение с выхода DA1 поступает на инвертирующий вход DA2:

При равенстве сопротивлений всех резисторов в схеме получаем:

Умножение и деление аналоговых сигналов

Иногда при обработке сигналов их требуется перемножить или поделить. В аналоговых вычислительных устройствах умножение и деление производят с помощью логарифмических преобразователей.

Перед началом логарифмического преобразования нам нужно выделить модуль, допустим, с помощью активного двухполупериодного выпрямителя, и определить знак, например, с помощью компаратора.

Затем всё как на старой доброй логарифмической линейке: произведение абсолютных значений (модулей) аналоговых сигналов равно сумме их логарифмов, а частное – разности, возведение в квадрат тождественно умножению логарифмического значения на два, а взять квадратный корень можно, уменьшив логарифм в два раза.

Сумму и разность логарифмов можно получить с помощью суммирующего и разностного звеньев, описанных в предыдущей публикации. Умножить на коэффициент можно с помощью пропорционального звена (см. первую и вторую части цикла) для K > 1 или делителя напряжения для 1 > K > 0.

Преобразовать линейное значение сигнала в логарифмическое можно с помощью логарифмического преобразователя. Схема логарифмического преобразователя, приведённого ниже, корректно работает с положительными значениями входного сигнала:

В цепи обратной связи можно использовать диод, но применение транзистора вместо диода даёт существенный выигрыш в плане температурной стабильности.

Обратное преобразование, из логарифмического представления в линейное, производит схема экспоненциального преобразователя, приведённая ниже:

По мере развития вычислительной мощности цифровых устройств тема аналогового умножения, деления и вычисления интеграла и производной по времени становится всё менее и менее актуальной. Тем не менее, специализированные микросхемы перемножителей напряжений по-прежнему выпускаются промышленностью.

Хорошо и обстоятельно тема умножения и деления с помощью ОУ разобрана в [3] в разделе «11.8 Аналоговые схемы умножения» на стр. 160 – 167. Математический аппарат подробно разобран в [1] в разделе «4. 5 Перемножители напряжений» на стр. 126 – 132. Пример использования логарифмических преобразователей в качестве усилителя, управляемого напряжением, приведен на стр. 182 [4].

Необходимо заострить внимание на том, что передаточная характеристика логарифмических и экспоненциальных преобразователей на ОУ имеет сильную зависимость от температуры. Для поддержания постоянства параметров этих схем требуется температурная компенсация. Образец схемы логарифмического преобразователя с температурной компенсацией приведен на рис. 4.94 п на стр. 271 [2].

Компаратор на ОУ. Триггер Шмитта

Компаратор позволяет сравнить напряжение входного сигнала с опорным напряжением. Схема компаратора представляет собой ОУ без ООС. Опорное напряжение на приведённой ниже схеме подаётся на неинвертирующий вход:

Если напряжение на инвертирующем входе больше опорного, на выходе появляется отрицательное напряжение насыщения. Если меньше, то – положительное.

Недостатком этой схемы является эффект «дробления фронтов»: шум, который появляется в момент переключения.

От «дробления фронтов» избавляются введением в схему компаратора небольшой положительной обратной связи (ПОС). Номинал резистора R1 – порядка 100 кОм. Схема обладает гистерезисом и называется «триггером Шмитта»:

Для формирования сигналов цифровых логических уровней на выход компаратора или триггера Шмитта подключают транзисторный ключ с открытым коллектором (стоком).

Компараторы и триггеры Шмитта, в том числе с однополярным питанием и с преобразованием уровней, выпускаются промышленностью в большом ассортименте. В современной разработке целесообразно применять серийные образцы этих устройств.

Источник опорного напряжения

Операционные усилители в качестве источника опорного напряжения широко применялись до распространения специализированных микросхем линейных стабилизаторов типа LM317 или 78хх (79хх). На рисунке ниже приведена схема стабилизированного источника напряжения на ОУ:

Опорное напряжение U_оп со стабилитрона VD1 подаётся на неинвертирующий вход ОУ. На инвертирующий вход подаётся сигнал с делителя напряжения R2, R3. Если напряжение на инвертирующем входе больше U_оп, транзистор VT1 закрывается отрицательным напряжением на выходе ОУ. Когда напряжение на инвертирующем входе становится меньше U_оп, транзистор VT1 открывается.

В «динамике» схема работает как пропорциональный регулятор с колебательным переходным процессом. В современной разработке целесообразно применять серийные образцы интегральных линейных стабилизаторов.

Источник тока

На схеме ниже изображён стабилизированный источник тока:

На регулирующий вход интегрального стабилизатора напряжения LM317 подаётся напряжение с выхода ОУ, обратно пропорциональное падению напряжения на резисторе R1. Поскольку напряжение на регулирующем входе микросхемы LM317 должно быть равно 1,25 В, то значение выходного тока считается по формуле:

Усилитель мощности

Усилители мощности с двухполярным питанием на основе ОУ были чрезвычайно популярны в конце прошлого века. В современной разработке превалируют интегральные усилители мощности на специализированных микросхемах.

На левой части рисунка изображён усилитель мощности на ОУ с непосредственной разгрузкой по току. Выходные транзисторы включены без смещения на базах, т.е. работают в «классе B». Схема охвачена ООС. Характерные для этого режима работы искажения типа «ступенька» дополнительно компенсируются передачей на выход усилителя мощности сигналов непосредственно с выхода ОУ через резистор R3. Это происходит, когда выходные транзисторы ещё не открыты или находятся на нелинейном участке характеристики.

На правой части рисунка изображён усилитель мощности на ОУ с косвенной разгрузкой по току. Выходные транзисторы работают в «классе AB», входным сигналом каскада служит падение напряжения на резисторах в цепях питания ОУ. Нелинейность схемы компенсируется ООС.

▍ От автора

В данной публикации предоставлен большой фактический объём сведений о схемах на ОУ с нелинейными элементами в цепях обратной связи.

Разработка усилителей мощности или источников питания на ОУ в современном мире может и не потребоваться, но знание того, что таится в недрах специализированных микросхем, ещё никому не помешало.

Из следующей публикации цикла мы узнаем, как реализовать на ОУ активный фильтр и генератор.

Данный цикл публикаций состоит из семи частей. Краткое содержание публикаций:

1. Предпосылки появления ОУ. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель.
2. Отличия «реального» ОУ от «идеального». Основные характеристики реального ОУ. Ограничения реального ОУ.
3. Суммирующий усилитель. Разностный усилитель. Измерительный усилитель. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Схема выборки-хранения.
4. Активный детектор. Активный пиковый детектор. Активный ограничитель сигнала. Логарифмический усилитель. Компаратор на ОУ. Источник опорного напряжения. Источник тока. Усилитель мощности. < — Вы тут
5. Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры на ОУ. Генераторы сигналов на ОУ.
6. Однополярное включение ОУ. Входные помехи, «развязки» и защиты входных цепей, экранирование.
7. Операционные усилители на лампах.

▍ Использованные источники:

1. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988
2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993
3. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982
4. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Мир, 1991

Аналоги импортных операционных усилителей

 

 

Тип микросхемы и фирма изготовитель				Аналог	Функциональное назначение
Fairchild	Motorola	National	Texas ins
mA709CH	MC1709G	LM1709H	SN72710L	К153УД1А,Б	операционный усил.
mA101H	MLM101G	LM101H	SN52101L	К153УД2	операционный усил.
mA709H	MC1709G	—	SN72709L	К153УДЗ	операционный усил.
—	—	LM735	—	К153УД4	микромощныи оп. ус.
mA725C mA725H	— —	— —	— —	К153УД5А,Б К153УД501	прецизионный опер. усил. — // —
— —	— —	LM301A LM201AH	— —	К153УД6 К153УД601	операционный усил. — // —
mA702 mA702C	— —	— —	— —	К140УД1А,Б КР140УД1А,В	операционный усил. — // —
— —	MC1456C MC1456G	— —	SN72770	К140УД6 КР140УД608	операционный усил. операционный усил.
mA741H	MC1741G	LM741H	SN72741L	К140УД7	операционный усил.
mA740H	MC1556G	—	—	К140УД8	опер. усил. с полевым входом
mA709	—	—	—	КР140УД9	операционный усил.
—	—	LM118	SN52118	К140УД10	высокоточный оп. ус.
—	—	LM318	—	К140УД11	быстродейств. оп. ус.
mA776C	MC1776G	—	—	К140УД12	микромощный оп. ус.
mA108H	—	LM108H	SN52108	К140УД14	прецизионный оп.ус.
—	—	LM308	—	К140УД1408	прецизионный оп. ус.
—	—	LM741CH	—	К140УД16	прецизионный оп. ус.
mA747CN mA747C	— —	— —	— —	К140УД20 КР140УД20	два опер. усил. — // —
—	—	LM301	—	К157УД2	два опер. усил.
—	MC75110	—	SN75110N	К170АП1	два передатчика в линию
—	MC75107	—	SN75107N	К170УП1	два приемника с линии
mA726	—	—	—	К516УП1	диф. парастемп.комп.
—	—	LM318	SN72318	К538УН1	мапошумяций УНЧ
mA740	MC1740P	LM740	SN72740N	К544УД1	оп. ус. с полев, входом
—	—	LM381	—	К548УН1	2 малошум. предусилитепя
mA725B	—	—	—	КР551УД1А,Б	операционный усил.
mA739C	—	—	—	КМ551УД2А,Е	малошумящий оп. ус.
mA709	MC1709P	LM709	SN72709N	К553УД1	операционный усил.
—	—	LM101AM	—	К553УД1А	высокоэконом. оп. ус.
—	—	LM301AP	—	К553УД2	высокоэконом. оп. ус.
mA709	—	—	—	К533УДЗ	операционный усил.
—	—	LM2900	—	К1401УД1	четыре опер. усил.
—	—	LM324	—	К1401УД2	четыре опер. усил.
mA747C	—	LM4250	—	К1407УД2	прогр. мапошумяций опер. усил.
—	—	LM343	—	К1408УД1	высоковольтн. опер. усил.

 

Тип микросхемы и фирмы производ.				Аналог	Функциональноеназначение
Разных фирм	RCA	Analog Devices	Hitachi
SFC2741	—	—	—	КФ140УД7	операционный усил.
ОР07Е	—	—	—	К140УД17А,Б	прецизионный операционный усил.
LF355	—	—	—	К140УД18	широкополосный операционный усил.
LF356H	—	—	—	К140УД22	—— // ——
LF157	—	—	—	К140УД23	быстродействующий операционный усил.
1CL7650	—	—	—	К140УД24	прецизионный операционный усил.
—	СА3140	—	—	К1409УД1	прецизионный операционный усил.
—	—	—	HA2700	К154УД1А,Б	быстродействующий операционный усил.
—	—	—	НА2530	К154УД2	быстродействующий операционный усил.
—	—	AD509	—	К154УДЗА,Б	быстродействующий операционный усил.
—	—	—	HA2520	К154УД4	быстродействующий операционный усил.
ТВА931	—	—	—	КР551УД2А,Б	операционный усил.
—	СА3130Е	—	—	К544УД2А,Б	операционный усил с полевым входом
LF357	—	—	—	КР544УД2А,Б	—— // ——
—	—	AD513	—	К574УД1А—В	операционный усил с полевым входом
TL083	—	—	—	К574УД2А—В	двухканап. быстр. операционный усил

Просмотров: 19775

Загрузка…

КР140УД1408Б — ИС, модули УНФ, микросборки

Главная / Продукты / ИС, модули UNF, микросборки / КР140УД1408Б

КР140УД1408Б

Высокоточный операционный усилитель без частотной компенсации, с защитой от короткого замыкания, низким входным током и потребляемой мощностью.

Case types:

140UD14 – 301.8-2

K140UD1408 – 2101.8-1

KR140UD14 – 201.14-1

KB140UD14-4 – uncased

Electrical parameters

Power supply voltage, V	±(5..16,5)
Максимальное выходное напряжение, не менее, В при напряжении питания ±15 В при напряжении питания ±5 В	±13 ±3
Offset voltage, not more than, mV KR140UD1408A KR140UD1408B	±2 ±7. 5
Input current (at power supply voltage ±15 V), not more than, nA KR140UD1408A KR140UD1408B	2 7
Input current difference (at power supply voltage ±15 V), not more than, nA KR140UD1408A KR140UD1408B	0.2 1
Current consumption (at power supply voltage ±15 V), not more than, mA KR140UD1408A KR140UD1408B	0.6 0,8
Коэффициент усиления по напряжению (при напряжении питания ±15 В), не менее КР140УД1408А КР140УД1408Б	50000 25000
Slew rate (at power supply voltage ±15 V), not less than, V/mk	0.05
Common-mode rejection ratio, Не меньше, чем DB KR140UD1408A KR140UD1408B	85 80
СОВЛЕЮТСЯ СОВЕТНОЕ ДЛЯ ДРУГА ТЕМПТАЖА (AT AT FOULING FIESTGAGE ± 15 V), MK/ 9000V/ 9000V/ 9000V. 9000V/ 9000V Среднее смещение.0157 o C KR140UD1408A KR140UD1408B	15 30

Operational limits

Power supply voltage, V	±(4.5..16.5)
Синфазное входное напряжение, не более, В	±7,5
Емкость нагрузки, не более, пФ	100
Температура окружающего воздуха, O C	-10 ..+70

126. Россия, Московская область, г. Рязань, пл. Соборная, д. 2.

Тел: +7 (491) 227-61-51, Факс: +7 (491) 227-18-88

russian-electronics.com

Другие товары в ИС, модули UNF, микросборки

КР140УД1701А

КР140УД17А

КР140УД20А

КР140УД708

КР142ЕН5А

Расчет суммы, разности, интеграла и производной на ОУ

В предыдущей публикации цикла мы разобрались, как рассчитать пропорциональное (усилительное) звено на реальном операционном усилителе с учетом его статики и динамические характеристики.

В этой публикации цикла мы научимся использовать операционный усилитель для выполнения операций сложения и вычитания. Кроме того, мы проанализируем работу интегрирующих и дифференцирующих звеньев, а также схем выборки и удержания.


На КДПВ к компании операционных усилителей К140УД708 и К574УД2Б добавился прецизионный ОУ К140УД1408, советский аналог ЛМ308.

Для тех, кто присоединился недавно, сообщаю, что это третья из шести публикаций цикла. Содержание публикаций со ссылками на них в конце статьи.

Суммирующий усилитель

Операцию сложения на операционном усилителе можно выполнить с помощью суммирующего усилителя. Простейший суммирующий усилитель можно получить, добавив в схему инвертирующего усилителя на ОУ резистор:

Далее аналогично методике расчета передаточной характеристики инвертирующего усилителя. На инвертирующем входе ОУ имеется потенциал 0 В. Сумма входных токов через входные резисторы, благодаря наличию напряжений U на входах

_in1

и U

_vx2

компенсируется током через резистор обратной связи R2. Падения напряжения на входных резисторах численно равны U

_in1

и U

_vx2

падение напряжения на резисторе R2 равно U

_выход

.

Передаточную характеристику простейшего суммирующего усилителя при равных сопротивлениях входных резисторов можно представить в виде формулы:

Сопротивление резистора R3, подключенного к неинвертирующему входу ОУ для компенсации тока смещения, равно сопротивлению резисторов в цепи ООС, включенных параллельно.

Для корректной работы суммирующего звена источники сигналов должны иметь минимально возможное выходное сопротивление, чтобы на результат вычислений не влияло низкое входное сопротивление звена, а источники сигналов не шунтировали друг друга.

Дифференциальный усилитель

Операцию вычитания на операционном усилителе можно выполнить с помощью дифференциального усилителя. Схему разностного (дифференциального) усилителя можно получить и путем доработки схемы инвертирующего усилителя на ОУ:

Для сигнала U

_in1

схема ведет себя как неинвертирующий усилитель, а для сигнала U

_vx2

– как инвертирующий. Передаточную характеристику простейшего разностного усилителя при условии попарного равенства сопротивлений R1=R3 и R2=R4 можно выразить формулой:

Схема простейшего разностного усилителя проста и понятна, но не отражает сложность поведения этой ссылки:

1. Входы простейшего дифференциального усилителя при R1 = R3 и R2 = R4, однако, имеют разное входное сопротивление, т.е. по-разному влияют на источники ввода.
2. Выходное сопротивление простейшего разностного усилителя меняется в результате расчетов в зависимости от того, какой усилитель (инвертирующий или неинвертирующий) он в данном конкретном случае.
3. При изменении коэффициента передачи простейшего дифференциального усилителя требуется тщательный подбор номиналов всех четырех резисторов для обеспечения как примерного равенства входных сопротивлений, так и требуемых коэффициентов передачи по каждому входу.

Усилитель инструментальный

Усилитель измерительный (инструментальный) представляет собой разностный усилитель с тем же входным сопротивлением и возможностью регулировки коэффициента передачи изменением номинала только одного резистора в цепи ООС:

По сравнению с простейшим разностным усилитель, схема значительно сложнее, но регулировка коэффициента передачи сводится к подбору сопротивления всего одного резистора R1. Остальную часть схемы можно разместить на одной микросхеме, что повышает технологичность и упрощает обеспечение равенства сопротивлений остальных резисторов.

Коэффициент усиления измерительного усилителя рассчитывается по формуле:

Инструментальный усилитель имеет ряд замечательных особенностей:

1. Если из схемы исключить R1 (R1 = ∞), то коэффициент передачи измерительного усилителя станет равным единице, а выходное напряжение будет равно разности напряжений на входах.
2. Если на верхний вход измерительного усилителя _{подается напряжение U1} = 0 В, то его можно использовать как инвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением.
3. Если на нижний вход измерительного усилителя _vx2 = 0 В подать напряжение U, то его можно использовать как «классический» неинвертирующий усилитель.
4. Высокое входное сопротивление позволяет подключить к каждому входу суммирующий резистор, как в схеме суммирующего усилителя.

Перечисленные особенности позволяют использовать схему как универсальный инструмент. Измерительные усилители выпускаются промышленностью в готовом виде. Ограничивающим фактором применения инструментальных усилителей является их повышенная стоимость, поэтому их обычно используют в ответственных высокобюджетных решениях.

Интегрирующая ссылка

Интегратор предназначен для вычисления интеграла по времени. Звено инерционное:

Коэффициент передачи интегрирующего звена при R2 = ∞:

Интеграторы обычно разрабатываются на основе операционных усилителей на полевых транзисторах с незначительными входными токами для минимизации дрейфа выходного напряжения. Если избавиться от дрейфа не удается, параллельно конденсатору подключают резистор R2 сопротивлением порядка единиц или десятков МОм для обеспечения ООС постоянного тока.

Резистор R2 ухудшает интегрирующие свойства линии связи на очень низких частотах и ​​снижает стабильность. Если нет возможности избавиться от обратной связи по постоянному току в интегрирующем звене, имеет смысл попробовать заменить R2 на эквивалентный Т-мост по методике, приведенной в первой публикации цикла.

Звено дифференцирующее

Звено дифференцирующее предназначено для вычисления производной по времени:

Коэффициент передачи звена дифференцирующего при С2 = 0:

Разработаны также дифференциальные звенья на основе ОУ с полевыми транзисторами на входе и пренебрежимо малыми входными токами. Конденсатор С2 служит для снижения чувствительности звена к высокочастотным помехам и повышения устойчивости звена на верхних частотах рабочего диапазона.

Схема удержания выборки

Схемы удержания выборки используются для записи и хранения значения аналогового сигнала:

При замыкании контактов S2 значение, записанное в конденсатор C1, сбрасывается. Когда контакты S1 замкнуты, значение U записывается в C1

_в

. Когда S1 открывается, записанное значение сохраняется в C1.

В качестве DA2 следует использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе. В качестве C1 следует использовать конденсаторы с малым током утечки.

ПИД-регулятор

Все звенья, рассмотренные в рамках публикации, объединяет то, что они используются в ПИД-регуляторах:

ПИД-регулятор – устройство, формирующее управляющее воздействие

u

Схема формирования сигнала рассогласования

e

Дифференциальный усилитель в тексте обозначен как «разница», чтобы не путать его с дифференцирующим звеном.

Вопросы оценки погрешности расчета остались за рамками публикации, но при необходимости все необходимые для этого методики можно найти в [1].

Из очередной публикации цикла мы узнаем: как реализовать функцию умножения на ОУ, как сравнить два сигнала по значению, как найти наибольшее значение и многое другое.

Эта серия публикаций состоит из шести частей. Сводка публикаций:

1. Предпосылки появления ОС. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующие и неинвертирующие усилители, повторитель.
2. Отличия «реальной» ОС от «идеальной». Основные характеристики реальной ОС.