ІНТЕГРАТОР, ДИФЕРЕНЦІАТОР, СУМАТОР, КОМПАРАТОР НА ОП
На основі ОП широко використовуються схеми інвертувальних та неінвертувальних суматорів. На рис.87 показано схеми інвертувального (а) та неінвертувального суматорів (б).
Рисунок 87 – Схема інвертувального (а) та неінвертувального (б) суматорів
Розглянемо роботу інвертувального суматора. Враховуючи особливості роботи інвертуючого підсилювача, запишемо за першим законом Кірхгофа
івх1 + івх2 + ізв.з =0.
Виразивши струми через напруги, отримаємо:
- uвих /R3 = uвх1 /R1 + uвх2 /R2.
Звідки
uвих = - (uвх1 R3 /R1 + uвх2 R3 /R2).
Переважно, в схемах суматора опори вхідних резисторів приймають однаковими за величиною (R1 = R2 = R), тоді вихідна напруга
uвих = - R3 /R (uвх1 + uвх2) .
Отже, вихідна напруга ОП буде визначатись сумою вхідних напруг із відповідним масштабним множником.
Якщо вхідні сигнали подавати на неінвертувальний вхід ОП (рис.87,б), то отримаємо схему неінвертувального суматора.
Враховуючи, що Rвх оп = ∞, отримаємо за першим законом Кірхгофа
івх1 + івх2 =0.
Або визначивши струми через вхідні напруги за другим законом Кірхгофа,
(uвх1 – uзв.з)/ R +(uвх2 – uзв.з)/ R= 0.
Звідки (uвх1 + uвх2)=2 uзв.з . З врахуванням того, що
uзв.з = β uвих ,
де β = R1 / (R1 + R2 ), отримаємо
uвих = (R1 + R2 )( uвх1 + uвх2)/2 R1.
Якщо неінвертувальний суматор має n входів, то вихідна напруга такого суматора, буде визначатись
uвих = ((R1 + R2 )/nR1 )∙( uвх1 + uвх2+…+ uвх n ).
Інтегратори – пристрої електроніки, що реалізують функцію інтегрування й виконуються на базі іынвертувального операційного підсилювача шляхом введенням в ланку від'ємного зворотного зв'язку конденсатора С (рис.88).
|
|
|
Рисунок 88 – Схема інтегратора на ОП
Враховуючи, що Rвх оп = ∞, то івх = - іC . Записавши рівняння за другим законом Кірхгофа для вхідного і вихідного контурів
uвх - uвх.оп = R івх ,
uвх.оп + uС - uвих = 0
і враховуючи, що для ОП uвх.оп = 0, отримаємо
івх = uвх /R, uвих = uС = 1/С∫і dt.
Отже, із врахуванням рівняння для ємності отримаємо, що вихідна напруга такої схеми є пропорційною до інтеграла від вхідної напруги
uвих = -1/RС∫uвх dt.
Якщо вхідна напруга – незмінна за величиною uвх =U, то вихідна напруга буде пропорційна до тривалості часу інтегрування t(рис.89,а).
uвих = (-1/RС)∙ U∙t.
Рисунок 89 – Часові діаграми інтегратора
Тривалість інтегрування визначається часом перехідного процесу, що виникає в ланці R-C при поданні uвх , а швидкість інтегрування (нахил прямої) визначається сталою часу τ = RС.
Якщо uвх є знакозмінною, то напруга на виході інтегратора буде трикутноподібною, що використовується лінійно-змінної напруги (рис.89,б).
Компаратори – це електронні пристрої, призначені для порівняння напруг, які використовуються в системах контролю та автоматичного керування й відносяться до елементів імпульсної техніки. Компаратор, виконаний на базі ОП (рис.90,а, порівнює вимірювану напругу uвх , яка подається на один із входів (переважно на інвертувальний), із опорною напругою (наперед заданою) UОП , яка подана на інший вхід. Опорна напруга є незміною в часі, додатної чи від′ємної полярності. Коли uвх = UОП вихідна напруга ОП змінює свій знак на протилежний (U+ вих.max на U- вих.max чи навпаки).Тому компаратор має ще назву «нуль-орган», оскільки зміна полярності вихідної напргуи (перемикання) відбувається за умови, що uвх - UОП = 0, де UОП – задана напруга.
|
|
|
Рисунок 90 – Схема компаратора (а) та його часові діаграми (б)
Якщо на інвертувальний вхід подається синусоїдний сигнал (uвх), а на неінвертувальний – постійна напруга (UОП ) додатної полярності (рис.90, б), то вхідна напруга ОП
uвх оп = uвх - UОП.
До моменту часу від 0 до t1, uвх оп < 0, тому uвих = U+ вих.max. В проміжку часу від t1 до t2 uвх оп > 0, тому uвих = U- вих.max.
Компаратори для порівняння напруг однієї полярності випускають у вигляді мікросхеми, схемне зображення та передатну характеристику якого показано на рис.91.
Рисунок 91 – Схемне зображення (а) та вихідна характеристика (б)
|
|
|
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:
1 Законспектувати внутрішню будову операційного підсилювача К140УД7 та типову схему вмикання ОП.
2 Законспектувати схеми вказаних пристроїв, побудованих з використанням операційних підсилювачів та їх основні властивості
3 У чому полягає відмінність операційних підсилювачів від звичайних?
4 Які основні параметри операційного підсилювача?
5 Яка роль зворотного зв'язку в операційному підсилювачі?
6 Як впливає ЗЗ ОП на його передатну характеристику?
7 Назвіть схеми на базі ОП для реалізації математичних операцій.
8 Подайте особливості застосування операційних підсилювачів для перетворення аналогових сигналів.
9 Поясніть роботу інтегратора.
10 Чому і який елемент називають «нуль-органом»?
ВИКЛАДАЧ– Ковальова Т.І.
ЛЕКЦІЯ № 26 (2 год.)
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2999; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!