Мощные операционные усилители

Операционный усилитель К157УД1 представляет собой мощный усилитель с выходным током до 0,5 А, построенный по классической двухкаскадной схеме на основе полупроводниковой технологии с изоляцией р-п-перехода (рис. 6.11, а). Кристалл ОУ помещается в прямоугольный пластмассовый корпус, позволяющий рассеивать значительную мощность. Характеристики этого ОУ приведены на рис. 6.11, 6.

Рис. 6.11. Схема включения (а) и частотные характеристики (б) мощного ОУ типа К157УД1.

Операционные усилители в моделировании математических операций

С помощью ОУ можно моделировать различные математические преобразования. На базе этих элементов строятся аналоговые вычислительные машины.

На рис. 6.12, а представлена схема инвертирующего усилителя.

Для расчета элементов этого усилителя воспользуемся двумя положениями:

напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах равны, т. е. U+ = U.

входной ток усилителя равен нулю по любому из входов, т. е.

/, = /₂ = о.

В данной схеме ?/₊ = 0, а значит, и U. = 0. Следовательно, входной ток /_их = U/R_x. Ток /₂, протекающий через резистор R_2i равен U/R₂. Так как ток /_вх = /₂, то UnJR = ?4ых/Я₂, и коэффициент передачи

На рис. 6.12, б показана схема инвертирующего сумматора, выходной сигнал которого описывается выражением.

Схема инвертора с регулируемым усилением изображена на рис. 6.12, в. Его выходной сигнал

Рис. 6.12. ОУ для моделирования математических операций:

а — инвертирующий усилитель; б — инвертирующий сумматор; в — генератор с регулируемым усилением; г — инвертор-усилитель с линейной зависимостью; д — повторитель; е — каскад вычитания; ж — усилительное вычитающее устройство; з — аналоговый интегратор и его частотная характеристика; и — идеальный дифференциатор и его частотная характеристика; к — логарифмический усилитель

Схема инвертора-усилителя с линейной зависимостью усиления от положения движка показана на рис. 6.12, г. Его передаточное уравнение имеет вид.

где к — часть переменного сопротивления R₂.

В схеме повторителя, показанной на рис. 9.18, д, ?/_иых = (J_DX.

В каскаде вычитания двух входных сигналов, показанном на рис. 6.12, с, выполняется следующее равенство: /_вх = /_вых. Тогда (?/. — U.)/R_x = (?/_вых— СО/Л, и U_x — U, = ?/_вых Учитывая, что U. = ?/₂/2 = ?/₊, получим.

или.

Тогда выражение для выходного напряжения можно записать в виде.

Схема усилительного вычитающего устройства показана на рис. 6.12, ж. Его передаточная функция описывается выражением.

Схема аналогового интегратора и его частотная характеристика показаны на рис. 6.12, з. Передаточная функция аналогового интегратора описывается выражением.

Схема идеального дифференциатора и его частотная характеристика показаны на рис. 6.12, и. В этом каскаде для высоких частот коэффициент усиления принимает максимально возможное значение.

Схема логарифмического усилителя показана на рис. 6.12, к. Для этого каскада можно составить следующее уравнение:

где S — коэффициент пропорциональности.

Передаточная функция этого усилителя описывается выражением.

где А — коэффициент передачи.

Во всех схемах с ОУ на свободный от функций входной вывод подключается резистор /?₀, номинал которого определяется суммарным сопротивлением по другому входу.