Опубликовано 2013-05-03 14:06:12 автором MRS
Операционный усилитель
Операционный усилитель - это такая штука, с помощью которой можно по-разному изменять аналоговый сигнал (усиливать, ослаблять, инвертировать и т.д.). На принципиальной схеме он обозначается следующим образом
Слева у него два входа, которые обозначаются: + (прямой, не меняет полярность напряжения) и - (инверсный, меняет полярность напряжения). Сопротивление входов очень большое, в идеале равно бесконечности, в реальности - сотни мегаом, поэтому ток во входы не течет.Операционный усилитель замеряет напряжение на входах, но на него влияет минимально. Справа - выход. У операционного усилителя есть еще два входа питания, но обычно они не отображаются на схеме
Напряжение на выходе зависит от схемы включения ОУ, но не может быть больше напряжения питания. В простейшем случае можно подать напряжение прямо на входы ОУ, и в таком случае напряжение на выходе будет вычисляться по формуле: Uout=(Uinp1-Uinp2)*К
, здесь Uinp1
- это напряжение на неинвертирующем входе, Uinp2
- напряжение на инвертирующем входе, Uout
- напряжение на выходе, К
- коэффициент усиления без обратной связи. Давайте смоделируем вариант включения ОУ без обратной связи в Proteus и посмотрим что будет на выходе. Схема
Как мы видим на схеме, напряжение питания ОУ 10В, на прямой вход мы подаем 5В, на инверсный - 3В. На выходе у нас должно быть (5-3)*К, K - очень большое число, например 106, а у нас всего 9 вольт. Это связано с тем, что напряжение на выходе не может быть больше напряжения питания. Повысив напряжение питания до 1000 вольт мы на выходе получим 999В. Такое включение ОУ практически нигде не используется, потому что нельзя регулировать коэффициент усиления ОУ, он всегда максимален. Операционный усилитель работает так: он стремится напряжение на выходе сделать таким, чтобы напряжение на прямом и инверсном входе были равны ( их разность равна нулю). Для этого применяют включение ОУ с обратной связью. Делается это так: напряжение с выхода через резисторный делитель подается на вход . Неинвертирующий усилитель:
Коэффициент усиления вычисляется по формуле:
К=1+(R2/R1)
Как мы помним, принцип работы ОУ заключается в том, чтобы напряжение на выходе сделать таким, чтобы разница входных напряжений была равна нулю. Здесь мы на прямой вход подаем 5В, а на инверсный через резисторный делитель половина выходного напряжения. ОУ ничего не остается, как поднять напряжение на выходе в два раза относительно прямого входа. С помощью такого включения ОУ можно умножать напряжения на числа больше 1. Но где это может пригодится? Например, нужно нам измерить ток. Для этого берем шунт маленького сопротивления 0,01 ом, падение напряжения на нём при токе 2 А будет U=I*R, U=2*0.01=0.02. Усилим с помощью ОУ в 100 раз, это уже будет 2В, и подаем на ацп микроконтроллера.
Инвертирующий усилитель
Коэффициент усиления вычисляется по формуле:
К=-(R2/R1)
Прямой вход в нас посажен на землю, ОУ постарается сделать так, чтобы и на инверсном входе было ноль. Для этого ему нужно напряжение на выходе опустить ниже нуля, что вы и видите на схеме.
Повторитель
Напряжение на выходе равно напряжению на прямом входе, но вы спросите, зачем это нужно ведь можно просто кинуть прямой провод. Представьте себе ситуацию: есть резистивный делитель, и вам к его выходу нужно подключить лампочку. Но у лампочки есть свое сопротивление, и оно будет влиять на наш резистивный делитель.Чтобы убрать это влияние, выход буфферизируется операционным усилителем, входы-то у него очень большого сопротивления и влиять он будет на резистивный делитель минимально, а выход может обеспечить ток десятки, или даже сотни милиампер, чего хватит для лампочки.
Комментарии - (2)
- Илья говорит:Автору большое спасибо за хорошие статьи.
- Admin говорит:Спасибо, буду стараться