New Immissions/Updates:
boundless - educate - edutalab - empatico - es-ebooks - es16 - fr16 - fsfiles - hesperian - solidaria - wikipediaforschools
- wikipediaforschoolses - wikipediaforschoolsfr - wikipediaforschoolspt - worldmap -

See also: Liber Liber - Libro Parlato - Liber Musica  - Manuzio -  Liber Liber ISO Files - Alphabetical Order - Multivolume ZIP Complete Archive - PDF Files - OGG Music Files -

PROJECT GUTENBERG HTML: Volume I - Volume II - Volume III - Volume IV - Volume V - Volume VI - Volume VII - Volume VIII - Volume IX

Ascolta ""Volevo solo fare un audiolibro"" su Spreaker.
CLASSICISTRANIERI HOME PAGE - YOUTUBE CHANNEL
Privacy Policy Cookie Policy Terms and Conditions
Применение операционных усилителей — Википедия

Применение операционных усилителей

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

В статье описаны некоторые типовые применения интегральных операционных усилителей (ОУ) в аналоговой схемотехнике. На рисунках использованы упрощенные схемотехнические обозначения, поэтому следует помнить, что несущественные детали (соединения с цепями питания, выбор ОУ в пределах одного корпуса) опущены.

Резисторы, используемые в данных схемах, имеют типичное сопротивление порядка кОм. Использование резисторов с сопротивление более 1 кОм нежелательно[1], так как они могут вызвать чрезмерный ток, перегружающий выход ОУ. Резисторы более 1 МОм могут внести повышенный тепловой шум и сделать схему чувствительной к случайным ошибкам вследствие токов смещения.

Примечание: математические выражения, приведенные в статье, получены в предположении о том, что операционные усилители являются идеальными. Для практического использования приведенных примеров следует ознакомиться с более подробным их описанием. Смотри разделы список литературы и ссылки.

Содержание

[править] Линейные системы

[править] Дифференциальный усилитель

Differential amplifier
Differential amplifier

Данная схема предназначена для получения разности двух напряжений, при этом каждое из них домножается на некоторую константу (константы определяются резисторами).

Не следует путать название "дифференциальный усилитель" и "Дифференциатор", также показанный на этой странице.

V_\mathrm{out} = V_2 \left( { \left( R_\mathrm{f} + R_1 \right) R_\mathrm{g} \over \left( R_\mathrm{g} + R_2 \right) R_1} \right) - V_1 \left( {R_\mathrm{f} \over R_1} \right)

В случае, когда R1 = R2 и Rf = Rg, имеем:

V_\mathrm{out} = {R_\mathrm{f} \over R_1} \left( V_2 - V_1 \right)


[править] Инвертирующий усилитель

Inverting amplifier
Inverting amplifier

Инвертирует и усиливает напряжение (то есть умножает напряжение на отрицательную константу)

V_\mathrm{out} = -V_\mathrm{in} ( R_\mathrm{f} / R_\mathrm{in} ) \!\
  • Zin = Rin (Поскольку V является виртуальной землей)
  • Третий резистор с сопротивлением, равным R_\mathrm{f} \| R_\mathrm{in} (сопротивление параллельно соединенных резисторов Rf и Rin), устанавливаемый (при необходимости) между неинвертирующим входом и землей, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.


[править] Неинвертирующий усилитель

Non-inverting amplifier
Non-inverting amplifier

Усиливает напряжение (умножает напряжение на константу, большую единицы)

V_\mathrm{out} = V_\mathrm{in} \left( 1 + {R_2 \over R_1} \right)
  • Z_\mathrm{in} = \infin (практически входное сопротивление операционного усилителя, от 1 MОм до 10 TОм)
  • Третий резистор с сопротивлением, равным R_\mathrm{f} \| R_\mathrm{in} (сопротивление параллельно соединенных резисторов Rf и Rin), устанавливаемый (при необходимости) между точкой подачи входного сигнала Vin и неинвертирующим входом, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения.


[править] Повторитель напряжения

Voltage follower
Voltage follower

Используется как буферный усилитель, для исключения влияния низкоомной нагрузки на источник с высоким выходным сопротивлением.

V_\mathrm{out} = V_\mathrm{in} \!\
  • Z_\mathrm{in} = \infin (практически входное сопротивление операционного усилителя, от 1 MОм до 10 TОм)


[править] Суммирующий усилитель

Summing amplifier
Summing amplifier

Суммирует (с весом) несколько напряжений. Сумма на выходе инвертирована, то есть все веса отрицательны.

V_\mathrm{out} = - R_\mathrm{f} \left( { V_1 \over  R_1 } + { V_2 \over R_2 } + \cdots + {V_n \over R_n} \right)
  • Если R_1 = R_2 = \cdots = R_n, то
V_\mathrm{out} = - \left( {R_\mathrm{f} \over R_1} \right) (V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Если R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_\mathrm{f}, то
V_\mathrm{out} = - ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Выход инвертирован
  • Входной импеданс n-го входа равен Zn = Rn (Поскольку V является виртуальной землей)


[править] Интегратор

Integrating amplifier
Integrating amplifier

Интегрирует (инвертированный) входной сигнал по времени.

V_\mathrm{out} = \int_0^t - {V_\mathrm{in} \over RC} \, dt + V_\mathrm{initial}

где Vin и Vout — функции времени, Vinitial — выходное напряжение интегратора в момент времени t = 0.

  • Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр.


[править] Дифференциатор

Differentiating amplifier
Differentiating amplifier

Дифференцирует (инвертированный) входной сигнал по времени.

Не следует путать название "дифференциатор" и "дифференциальный усилитель", также показанный на этой странице.

V_\mathrm{out} = - RC \left( {dV_\mathrm{in} \over dt} \right)

где Vin и Vout — функции времени.

  • Данный четырехполюсник можно также рассматривать как фильтр.


[править] Компаратор

Comparator
Comparator
Основная статья: Компаратор

Сравнивает два напряжения и выдает на выходе одно из двух состояний в зависимости от того, какое из входных напряжений больше.

  • V_\mathrm{out} = \left\{\begin{matrix} V_\mathrm{S+} & V_1 > V_2 \\ V_\mathrm{S-} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.


[править] Инструментальный усилитель

Instrumentation amplifier
Instrumentation amplifier
Основная статья: Инструментальный усилитель

Принципиально не отличается от дифференциального усилителя. Обладает очень высоким входным сопротивлением, высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала, низким напряжением смещения.


[править] Триггер Шмидта

Schmitt trigger
Schmitt trigger
Основная статья: Триггер Шмидта

Компаратор с гистерезисом


[править] Гиратор

Inductance gyrator
Inductance gyrator

Имитирует индуктивность.


[править] Negative impedance converter (NIC)

Negative impedance converter
Negative impedance converter
Основная статья: Negative impedance converter

Creates a resistor having a negative value for any signal generator

  • In this case, the ratio between the input voltage and the input current (thus the input resistance) is given by:
R_\mathrm{in} = - R_3 \frac{R_1}{R_2}

for more information see the main article Negative impedance converter.


[править] Нелинейные системы

[править] Точный выпрямитель

Super diode
Super diode
Основная статья: Precision rectifier

Behaves like an ideal diode for the load, which is here represented by a generic resistor RL.

  • This basic configuration has some limitations. For more information and to know the configuration that is actually used, see the main article.


[править] Пиковый детектор

Peak detector
Peak detector

When the switch is closed, the output goes to zero volts. When the switch is opened for a certain time interval, the capacitor will charge to the maximum input voltage attained during that time interval.

The charging time of the capacitor must be much shorter than the period of the highest appreciable frequency component of the input voltage.


[править] Логарифмический усилитель

Logarithmic configuration
Logarithmic configuration
  • The relationship between the input voltage vin and the output voltage vout is given by:
v_\mathrm{out} = -V_{\gamma} \ln \left( \frac{v_\mathrm{in}}{I_\mathrm{S} \cdot R} \right)

where IS is the saturation current.

  • If the operational amplifier is considered ideal, the negative pin is virtually grounded, so the current flowing into the resistor from the source (and thus through the diode to the output, since the op-amp inputs draw no current) is:
\frac{v_\mathrm{in}}{R} = I_\mathrm{R} = I_\mathrm{D}

where ID is the current through the diode. As known, the relationship between the current and the voltage for a diode is:

I_\mathrm{D} = I_\mathrm{S} \left( e^{\frac{V_\mathrm{D}}{V_{\gamma}}} - 1 \right)

This, when the voltage is greater than zero, can be approximated by:

I_\mathrm{D} \simeq I_\mathrm{S} e^{V_\mathrm{D} \over V_{\gamma}}

Putting these two formulae together and considering that the output voltage Vout is the inverse of the voltage across the diode VD, the relationship is proven.

Note that this implementation does not consider temperature stability and other non-ideal effects.


[править] Экспоненциальный усилитель

Exponential configuration
Exponential configuration
  • The relationship between the input voltage vin and the output voltage vout is given by:
v_\mathrm{out} = - R I_\mathrm{S} e^{v_\mathrm{in} \over V_{\gamma}}

where IS is the saturation current.

  • Considering the operational amplifier ideal, then the negative pin is virtually grounded, so the current through the diode is given by:
I_\mathrm{D} = I_\mathrm{S} \left( e^{\frac{V_\mathrm{D}}{V_{\gamma}}} - 1 \right)

when the voltage is greater than zero, it can be approximated by:

I_\mathrm{D} \simeq I_\mathrm{S} e^{V_\mathrm{D} \over V_{\gamma}}

The output voltage is given by:

v_\mathrm{out} = -R I_\mathrm{D}\,


[править] Другие применения

  • audio and video pre-amplifiers and buffers
  • voltage comparators
  • differential amplifiers
  • differentiators and integrators
  • filters
  • precision rectifiers
  • voltage regulator and current regulator
  • analog-to-digital converter
  • digital-to-analog converter
  • voltage clamps
  • oscillators and waveform generators
  • Schmitt trigger
  • Gyrator
  • Comparator
  • Active filter
  • Analog computer

[править] Смотри также

  • Current-feedback operational amplifier
  • Operational transconductance amplifier
  • Frequency compensation

[править] Примечания

  1. Кроме резисторов, не создающих нагрузки на выход

[править] Список литературы

  • Paul Horowitz and Winfield Hill, "The Art of Electronics 2nd Ed. " Cambridge University Press, Cambridge, 1989 ISBN 0-521-37095-7
  • Sergio Franco, "Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits," 3rd Ed., McGraw-Hill, New York, 2002 ISBN 0-07-232084-2

[править] Ссылки

Шаблон:Wikibookspar

 
На других языках

Static Wikipedia (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu -

Static Wikipedia 2007 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu -

Static Wikipedia 2006 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu

Static Wikipedia February 2008 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu