Параллельный сумматор. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 1

Параллельный сумматор представляет собой схему сложения-вычитания. На рис. 10.82 приведена схема шестивходового параллельного сумматора на ОУ. Входные напряжения пвх1, ивх2 и ивхз> предназначенные для вычитания, подаются через резисторы R1… R3 на инвертирующий вход ОУ. Входные напряжения пвх4, пВХ5 и ивхб> предназначенные для сложения, подаются через резисторы R4… R6 на неинвертирующий вход ОУ.

Рис. 10.82. Схема параллельного сумматора на ОУ.

С помощью резистора R9 в сумматоре осуществляется ООС. Резисторы R7, R8 участвуют в балансировке схемы. В каждом конкретном случае может отсутствовать либо один из резисторов R7, R8, либо оба резистора.

Вывод выражения для выходного напряжения параллельного сумматора достаточно сложен, поэтому приведем окончательное выражение:

где К_о1, К_о2, К_о3 — коэффициенты усиления (отрицательные) по инвертирующему входу; К_п1, К_п2, К_п3 — коэффициенты усиления (положительные) по неинвертирующему входу.

Определение наличия в схеме резисторов R7 и R8 производится исходя из следующих условий:

• • если X K_oi +1 > ^ K_njj, то необходим резистор R7;
• • если X K_oi + 1 <^K_nj, то необходим резистор R8;
• • если YjK_oi +1 = ХЖщэ то резисторы R7 и R8 отсутствуют,

где К_ы — i-й коэффициент по инвертирующему входу; K_nj —j-й коэффициент по неинвертирующему входу.

Сопротивления резисторов R7 или R8 определяются по формуле.

Сумматоры нашли применение в измерительной технике и автоматике. Они используются для решения алгебраических уравнений, а также в качестве элемента сравнения в системах автоматического регулирования.

Интегратор на операционном усилителе

Интегратором называется устройство, выходное напряжение которого пропорционально интегралу входного напряжения. Схема интегратора на ОУ получается если в схеме инвертирующего усилителя (см. рис. 10.63) заменить резистор R2 на конденсатор С. На рис. 10.83 приведена схема интегратора на ОУ. Входное напряжение и_вх подается на инвертирующий вход ОУ через резистор R1. Неинвертирующий вход соединен с общим проводом через резистор R2. Резисторы R2 и R3 используются в практических схемах.

На основании свойств идеального ОУ и законов Кирхгофа выведем выражение для выходного напряжения интегратора на ОУ.

Считая ОУ идеальным, в схеме (рис. 10.83) потенциал узла А относительно общего провода равен нулю — ср_А = 0 (см. инвертирующий усилитель). Рассмотрим в схеме два независимых контура — входной и выходной.

Составляем два уравнения по второму закону Кирхгофа для входного и выходного контуров и одно уравнение по первому закону Кирхгофа для узла Л. В результате получаем следующую систему из трех уравнений:

В третьем уравнении i_BXl = 0, так как у идеального ОУ R_BX = оо.

Рис. 10.83. Схема интегратора на ОУ.

Мгновенное значение тока, протекающего через конденсатор, определяется по формуле.

В результате совместного решения уравнений (10.37) и (10.36), имеем:

Интегрируя обе части выражения (10.38), получаем:

Анализ выражения (10.39) показывает, что и_вых интегратора зависит от начального напряжения L/_{c (0)} на конденсаторе в момент времени t =.

= 0, так как 1/_{вых (0)} = -17_{С (0)}.

Знак минус в выражении (10.39) показывает, что данный интегратор является инвертирующим. Произведение R1C имеет размерность [с] — «секунда» и называется постоянной времени интегрирования Т_И.

Из выражения (10.23) для сбалансированной схемы следует:

Коэффициент усиления интегратора является комплексной величиной:

где Z_oc = -jX_c = Z_BX = Rl.

jwC

Из анализа выражения (10.40) следует, что на низких частотах (близких к нулевым) коэффициент усиления интегратора К_и стремится к бесконечности. Это приводит к заряду конденсатора С под действием напряжения смещения U_CM и через некоторое время напряжение на выходе интегратора станет близким к напряжению питания U_n. В результате схема станет неработоспособной. Чтобы этого не происходило, в практических схемах параллельно конденсатору С включается резистор R3 с большим сопротивлением.

На рис. 10.84, а приведены временные диаграммы, поясняющие работу интегратора при подаче на его вход напряжения прямоугольной формы, а на рис. 10.84, б — напряжения произвольной формы. При подаче на вход интегратора постоянного напряжения (U_BX = const) на выходе формируется линейно изменяющееся напряжение в соответствии с уравнением

Рис. 10.84. Временные диаграммы, поясняющие работу интегратора.

При подаче на вход интегратора напряжения прямоугольной формы на выходе формируется напряжение треугольной формы с амплитудой:

где U_{m вх} — амплитуда входного напряжения; Т — период входного сигнала;/— частота входного сигнала.

Интеграторы широко применяются при создании генераторов линейно изменяющегося и синусоидального напряжения, фазосдвигающих устройств, а также в качестве регуляторов, фильтров низких частот и пр.