3 Основные схемы включения операционных усилителей

Синтез разнообразных устройств на операционных усилителях и правила их анализа базируются на следующих принципах:

1. Свойства устройств, создаваемых на базе операционных усилителей за счет их охвата внешней обратной связью, полностью определяются лишь свойствами этой обратной связи.

2. Входы ОУ не потребляют ток от цепи источника сигнала.

3. Между входами ОУ имеет место виртуальный нуль, т.е. напряжение управления Uoy в любой схеме включения равно нулю.

Существует три основные схемы усилителей на основе ОУ: инвертирующий, неинвертирующий усилители и повторитель напряжения.

Инвертирующий усилитель. Схема такого усилителя приведена ранее на рис.6.2,а. Соотношение резисторов R1, R2 определяет коэффициент усиления. Резистор R1 повышает входное сопротивление усилителя, а резистор R3 нужен для компенсации входных токов ОУ, но и может и отсутствовать, то есть неинвертирующий вход может быть заземлен.

Такой усилитель инвертирует входной сигнал, имеет небольшое входное сопротивление, но его коэффициент усиления может быть как больше, так и меньше единицы.

Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя приблизительно равняется

. (6.3)

Знак “-“ помечает, что входной сигнал усилителем инвертируется.

Входное сопротивление такого усилителя определяется параллельным соединением входного сопротивления ОУ и уменьшенного в (К_U + 1) раз сопротивления резистора обратной связи входного сопротивления R2 и последовательно включенного сопротивления резистора R1

_{, (6.4)}

где || — знак обозначения параллельного соединения элементов;

r_ВХ, К – входное сопротивление и коэффициент усиления ОУ.

Поскольку, то входное сопротивление инвертирующего усилителя практически определяется номиналом сопротивления R1.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя определяется

, (6.5)

где r_ВЫХ – выходное сопротивление ОУ.

Реально входное сопротивление усилителя достигает десятков…сотен кОм, а выходной десятков Ом.

Неинвертирующий усилитель. Схема такого усилителя приведена ранее на рис.6.2,б. Соотношение резисторов R1, R2 определяет коэффициент усиления. Резистор R1 повышает входное сопротивление усилителя, резистор R2 является резистором обратной связи, а резистор R3 нужен для компенсации входных токов ОУ. Такой усилитель не инвертирует входной сигнал, имеет большое входное сопротивление, но его коэффициент усиления может быть только больше единицы.

Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя приблизительно равняется

. (6.6)

Входное сопротивление такого усилителя определяется приблизительно из

(6. 7)

где М_СФ – коэффициент ослабления синфазного сигнала ОУ.

Сравнение (6.4) и (6.7) показывает, что входное сопротивление неинвертирующего усилителя, как правило, значительно выше, чем у инвертирующего и достигает десятков МОм.

Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется также согласно (6.5).

, (6.8)

Повторитель напряжения.

Это частный случай неинвертирующего усилителя (см. рис.6.2,в). Его коэффициент усиления равняется 1, поскольку R2 = 0, а R1 = ∞. Он имеет очень большое входное сопротивление (достигает десятков — сотен МОм) и малое выходное сопротивление (достигает десятков Ом). Поэтому его используют для согласования каскадов.

Значение сопротивления резистора R3 инвертирующего и неинвертирующего усилителей выбирают из условия

. (5.9)

Исследование ОУ и схем их включения.

Лабораторная работа №2

Похожие презентации:

Операционные усилители

Операционные усилители

Операционные усилители

Элементная база СЭС. Операционные усилители

Пассивные элементы электронных схем

Операционные усилители

Основные параметры и характеристики усилителей

Элементы аналоговой электроники

Усилители электрических сигналов

Усилители электрических сигналов. Характеристики электронных усилителей, идеальный усилитель

1. ЛР№2 сем.1 «Исследование ОУ и схем их включения»

Выполнили: Гавриленков С.И ( СЕРГЕЙ ИГОРЕВИЧ )
Фазли Т.Г.К ( ТАМАШ )

2. Опрос

Вопросы и ответы для допуска к ЛР2
1. Как измерить емкость конденсатора?
2. Нужно при измерении сопротивления включать питание?
3. Что делать, если результат измерения напряжения/тока
показывает отрицательный результат, когда ожидается
положительный результат?
4. Что такое RC цепочка и как она работает?
5. Чему равна постоянная времени RC цепочки?
6. Какой принцип измерений при помощи осциллографа?
7. Почему зажим осциллографа заземляется?
8. Как провести измерение осциллографом при помощи
аналоговых входов (на примере входного и выходного сигнала
CR цепочки)?
9. Что такое АЧХ и ФЧХ?
10. Что такое частота среза и как ее найти на АЧХ?
11. Фильтром каких частот и почему является RC цепочка?
12. Фильтром каких частот и почему является CR цепочка?

3. Операционный усилитель (ОУ)

Операционный усилитель – это усилитель
электрических сигналов, рабочий диапазон
которого включает 0Гц (постоянный ток), с
дифференциальным входом, одним выходом и
высоким коэффициентом усиления.
Схематическое
обозначение
Фото
Изображение
по ГОСТ

4. Основные схемы включения ОУ

Инвертирующий усилитель
•Инвертирует сигнал
•Усиливает сигнал в
K = Rf/Rin раз
Vout = -Vin*Rf/Rin

5. Основные схемы включения ОУ

Неинвертирующий усилитель
•НЕ Инвертирует сигнал
•Усиливает сигнал в K = 1+R2/R1
раз
Vout = Vin*(1+R2/R1)

6.

Основные схемы включения ОУСумматор
•Двоично
кодированный ЦАП
•Суммирует сигналы
•Инвертирует сигнал
Vout = -(V1*Rf/R1+…+ Vn*Rf/Rn)

7. С чем мы работаем

—

8. Определение соответствия контакта входу

9. Как будут выполняться задания ЛР

Все задания данной ЛР выполняются в 5 этапов:
1. Собрать схему в виртуальной среде NI Multisim
2. Промоделировать работу схемы
3. Собрать схему в реальности на макетной
отладочной плате NI Elvis, но НЕ ВКЛЮЧАТЬ!!!
4. ВНИМАТЕЛЬНО проверить правильность сборки
несколько раз. ОСОБЕННО правильность
подключения ОУ.
5. Включить питание и удостовериться в
правильности работы схемы
ЛЮБОЙ спаливший ОУ платит
денежную компенсацию на покупку
нового в размере 100р на месте !!!

10. Общая схема подключения для всех экспериментов (питание и осциллограф)

Желтый: AI0+ Нога 6 (выход)
Красный: +15 Нога 7
(+Питание)
Синий: -15 Нога 4 (-Питание)
Черный: AI0- и AI1- ЗЕМЛЯ

12.

Далее на схемах питание и каналы AI показаны не будут!

13. Задание 1. Разомкнутый усилитель

Наблюдение изменения
выходного сигнала при
изменении входного сигнала.

15. Запуск Multisim

16. Сборка на макетной плате

Фиолетовый: Средняя нога реостата
Нога 2 (инв. вход)
Красный: +15 Нога РЕОСТАТА
Синий: -15 Нога РЕОСТАТА
Черный: Нога 3 (неинв. Вход)
ЗЕМЛЯ
Зеленый: AI1+ Нога 2 (инв. Вход)
РЕОСТ
АТ

18. Задание 2. Инвертирующий усилитель

19. Проверка подключения измерительных щупов

Поместить
красный щуп над
черным
(режим измерения
напряжения или
сопротивления)

20. Измерить сопротивление резисторов и отсортировать их

21. Сборка схемы в Multisim

Черный: Нога 3 (неинв. Вход)
ЗЕМЛЯ
Зеленый: AI1+ FGEN
R1: FGEN Нога 2 (инв. Вход)
Rос: Нога 2 Нога 6
R1
Rос

23. Задание 3. НЕ-Инвертирующий усилитель

24. Сборка схемы в Multisim

Желтый: FGEN Нога 3 (неив. Вход)
R1: ЗЕМЛЯ Нога 2 (инв. Вход)
Rос: Нога 2 Нога 6
R1
Rос

26. Задание 4. Сумматор

27. Сборка схемы в Multisim

Черный: Нога 3 (неинв. Вход) ЗЕМЛЯ
Розовый: Нога 2 (инв.
Вход) вертикальная линия
Rос: Нога 2 Нога 6
Желтый: R1000, R2000, R4000,
R7400 Вертикальная линия
Красный: R1000 DIO 0
Зеленый: R1000 DIO 1
Синий: R4000 DIO 2
Фиолетовый: R7400 DIO 3
R1000
R2000
R4000
R7400
Rос

English     Русский Правила

Базовый цифровой ввод/вывод: ползунковый переключатель, кнопка и светодиод

Базовые устройства ввода: ползунковый переключатель и кнопка

Схемы часто требуют входных данных, поступающих непосредственно от пользователей (в отличие от входных данных, поступающих от других устройств). Устройства пользовательского ввода могут иметь различные формы, в том числе клавиатуры (как на ПК), кнопки (как на калькуляторе или телефоне), поворотные диски, переключатели и рычаги и т.

д. Платы Digilent® включают в себя несколько устройств ввода, обычно включая кнопки. и ползунковые переключатели. Поскольку цифровые схемы работают с двумя уровнями напряжения (LHV или Vdd и LLV или GND ), устройства ввода, такие как кнопки и переключатели, должны иметь возможность генерировать оба этих напряжения в зависимости от действий пользователя.

Ползунковые переключатели также известны как

однопозиционные двухполюсные переключатели (STDP), поскольку существует только один переключатель (или положение), но доступны два положения (или полюса) (полюс — это электрический контакт, к которому может быть подключен переключатель). установить контакт). Эти переключатели могут быть настроены на вывод либо Vdd (когда исполнительный механизм находится ближе всего к краю платы), либо ЗЕМЛЯ . Кнопочные переключатели также известны как «мгновенные» контактные кнопки, потому что они контактируют только при активном нажатии — они выводят GND в состоянии покоя и Vdd только при нажатии. На рисунке ниже показаны типичные схемы кнопок и ползунковых переключателей, используемые на платах Digilent.

Основные устройства вывода: светодиод

Схемы часто требуют, чтобы устройства вывода сообщали пользователю о своем состоянии. Примеры электронных устройств вывода включают компьютерные мониторы, LCD буквенно-цифровые панели (как на калькуляторе), маленькие лампы или светодиоды ( LED ) и т. д. Платы Digilent включают в себя различные устройства вывода, но все они включают некоторое количество отдельных LED , и семисегментные дисплеи

LED , которые могут отображать цифры 0-9 в каждой позиции цифры (каждый сегмент семисегментного дисплея содержит один светодиод ). Светодиоды представляют собой полупроводниковые приборы с двумя выводами, проводящие ток только в одном направлении (от анода к катоду). Маленький 9Чипы 0025 LED закреплены внутри пластикового корпуса и излучают свет заданной частоты (КРАСНЫЙ, ЖЕЛТЫЙ и т. д.), когда через них проходит небольшой электрический ток (обычно от 10 мА до 25 мА).

Отдельные светодиоды обозначаются ссылочным обозначением «LD__» на платах Digilent, а семисегментные дисплеи обозначаются ссылочным обозначением «DSP». Отдельные светодиоды обычно управляются напрямую от чипа Xilinx® на платах Digilent, но для дисплеев

LED может потребоваться использование внешнего транзистора для подачи более высоких токов к цифрам. Типичный 9Схемы светодиодов 0025 на платах Digilent показаны на рис. 4 ниже.

Светодиоды не включатся, если их аноды не имеют минимального напряжения выше их катодов — обычно около двух вольт. Если к светодиоду приложено меньше минимального порогового напряжения, он останется темным.

В приведенном ниже примере для включения светодиода требуется падение напряжения 2 В, при этом на резисторе остается падение напряжения 1,3 В. Таким образом, резистор на 130 Ом требуется, чтобы в цепи протекал ток 10 мА ($3,3 В — 2 В = 1,3 В$ и 1,3 В / 130 Ом = 10 мА).

---

Важные идеи:

• Переключатели и кнопки обычно используются в качестве устройств ввода для цифровых систем. Выход схемы можно изменить между Vdd и Gnd, нажав/отпустив кнопку или сдвинув переключатель. Однако соответствие между выходным напряжением и нажатием/отпусканием кнопки или скольжением переключателя определяется фактической конфигурацией схемы.

• Светодиод обычно используется как простое цифровое устройство вывода. Обычно на плате Digilent высокое напряжение загорается, а низкое выключает.

учиться, основы, схемы, базовый цифровой-io, ползунковый переключатель, нажать кнопку, светодиод

Разработка схемы выключателя питания

Задать вопрос

спросил 1 год, 7 месяцев назад

Изменено 1 год, 7 месяцев назад

Просмотрено 931 раз

\$\начало группы\$

Работаю на печатной плате, которая питается от источника постоянного тока 12 В, в схеме у меня есть двигатель постоянного тока 12 В (потребление около 4-6 А непрерывно), а также другие цифровые элементы CMOS с питанием от шага 5 В понижающий регулятор напряжения (12 В -> 5 В). Мне нужно создать механический механизм включения-выключения (без мгновенного действия), который включает и выключает цепь.

Дело в том, что, глядя на переключатели SPST и другие типы сильноточных механических переключателей, все они довольно дороги для того, что они делают, поэтому я придумал простое решение, в котором используется один 30 В, 50 мА ВКЛ-ВЫКЛ. кнопку и подходящий N-канальный МОП-транзистор, где вместо того, чтобы подключать все клеммы истока компонентов в цепи к земле, я подключаю их к стоку МОП-транзистора, а затвор МОП-транзистора подключается к источнику питания 12 В. через кнопку.

Вот схема того, что у меня получилось (вопрос ниже):

Я знаю, что это будет работать с чем-то вроде питания одного светодиода, , но можно ли это сделать в цепи смешанного напряжения, компонентах CMOS и схеме драйвера двигателя постоянного тока? (предположим, что все работает нормально, когда переключатель удален и каждый источник НАГРУЗКИ подключен непосредственно к земле).

• блок питания
• питание
• переключатели

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

, но можно ли использовать схему смешанного напряжения, компоненты CMOS и схему драйвера двигателя постоянного тока?

Просто, да.

Но вместо этого я бы использовал переключатель верхнего плеча, чтобы цепь оставалась заземленной, когда она выключена.

^{имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab}

• Приведенная выше конфигурация позволяет включать и выключать схему с помощью сигнала логического приветствия. Если вы этого не хотите и хотите упростить схему, вы можете удалить M2, RG и RGS2, а затем поместить переключатель между затвором M1 и землей.
• Более безопасным решением является использование МОП-транзисторов, расположенных «спина к спине». Но тот, что выше, тоже работает.
• Требуется PMOS с низким значением R _DS-on и достаточно продолжительным номиналом I _D .

Дополнительное примечание: при использовании NMOS в качестве переключателя держите понижающий резистор (между затвором и истоком) низким. Размещение резистора 1 МОм почти ничем не отличается от того, чтобы оставить ворота открытыми. Поскольку NMOS является устройством с высоким входным сопротивлением, оно может случайно включиться (например, при прикосновении к SPST), если используется высокое сопротивление. Вместо него можно использовать резистор номиналом 10 кОм. Кроме того, всегда рекомендуется использовать последовательный резистор для затвора, а не прямое подключение от переключателя.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Несколько ловушек:

• индуктивные нагрузки могут сжечь ваш МОП-транзистор, если вы отключите его достаточно быстро и не будет диода для подавления отдачи
• емкостная нагрузка может принять скачок тока при запуске и расплавить MOSFET
• 1 МОм и длинные провода улавливают шумы и могут нежелательно включить систему
• 12 В Vgs может быть слишком много для MOSFET, и оно легко ухудшится, если есть электромеханические нагрузки

Я рекомендую Vgs с RC-фильтром для замедления (см.