Функциональная схема

Основного компонента функциональной схемы является операционный усилитель.

Операционный усилитель — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Идеальный операционный усилитель.

Для того, чтобы рассматривать функционирование ОУ в режиме с обратной связью, необходимо вначале ввести понятие идеального операционного усилителя. Идеальный ОУ является физической абстракцией, то есть не может реально существовать, однако позволяет существенно упростить рассмотрение работы схем на ОУ благодаря использованию простых математических моделей.

Идеальный ОУ обладает следующими характеристиками:

Бесконечно большое входное сопротивление входов V _- и V ₊. Другими словами, ток, протекающий через эти входы, равен нулю.

Нулевое выходное сопротивление выхода ОУ.

Способность выставить на выходе любое значение напряжения.

Бесконечно большая скорость нарастания напряжения на выходе ОУ.

Полоса пропускания: от постоянного тока до бесконечности..

Рис.1 Условно-графическое обозначение операционного усилителя

Функциональные схемы на ОУ Основное соотношение Будем полагать, что ОУ обладает свойствами идеального ОУ. Основным видом ООС является параллельная отрицательная обратная связь по напряжению с включением дополнительного сопротивления. Обобщенная схема ОУ с ООС представлена на рис.4 Рис.4 Учитывая виртуальные нули ОУ, имеем: Отсюда. Таким образом, коэффициент передачи схемы равен . Он определяется только внешними сопротивлениями; следовательно, можно реализовать любое заданное значение, поэтому этот тип схемы называется инвертирующим масштабным усилителем. Инвертирующий сумматор с заданным весовым коэффициентом Рис.5 Так как ОУ работает в линейном режиме, то для определения U вых может быть использован метод суперпозиции: можно U вых получить как сумму U вых,n.Учитывая тот факт, что входной ток ОУ равен нулю, имеем , Таким образом, Сумматор можно было бы выполнить и без применения ОУ. Однако в этом случае результат зависел бы от сопротивления нагрузки, а Uвых получилось бы значительно меньшим любого из U вх. Неинвертирующий усилитель (Обобщенная схема 2) Рис. 6 Эта схема называется неинвертирующим масштабным усилителем. Так как здесь напряжение обратной связи подводится к инвертирующему входу, а сигнал подается на неинвертирующий вход, входное сопротивление схемы оказывается очень высоким.