Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»

+ 1/R₄) (рис. 4.1,a); I/R₃ + I/R₄ + I/R₅ = I/R₁ + I/R₂ (рис. 4.1,б). При точной настройке усилителя значительно ослабляется влияние изменения входных токов от температуры и прочих воздействий на дрейф выходного сигнала. Это очень важно при создании усилителей постоянного тока, для усилителей переменного тока и фильтров, во избежание ограничения динамического диапазона устройств.

Плавная регулировка коэффициента передачи.

На рис. 4.2 показано несколько схем включения ОУ, в которых осуществляется плавная регулировка коэффициента передачи. Обозначим R_n — входное дифференциальное сопротивление, К_{у. и} — коэффициент усиления ОУ без ОС. На рис. 4.2 показаны схемы, которые имеют следующие параметры:

Дискретное изменение коэффициента передачи.

Дискретный способ регулирования усиления применяется при точных измерениях исследуемого сигнала. Приведены две схемы (рис. 4.3), которые отличаются режимами работы усилителя в моменты переключения с контакта на контакт. В первом случае один из входов ОУ находится в свободном положении. Здесь входной сигнал не проходит на выход. Во втором случае вход ОУ подключается через резистор R1 к общей шине. В этом режиме усилитель обладает максимальным усилением. От входного сигнала усилитель переходит в режим насыщения.

Температурная стабилизация ОУ.

Для температурной стабилизации ОУ к его инвертирующему входу подключена терморегулирующая цепочка (рис. 4.4). Эта цепочка построена на двух стабилитронах. Стабилитрон VD1 имеет отрицательный ТКН, стабилитрон VD2, включенный в прямом направлении, имеет положительный ТКН. В результате с помощью потенциометра R2 можно выбрать любое значение ТКН, которое необходимо для ОУ. С помощью потенциометра R4 компенсируется постоянное напряжение, поступающее от стабилитронов.

2. СДВОЕННЫЕ ОУ

Последовательное соединение двух ОУ.

Последовательное соединение двух ОУ (рис. 4.5) позволяет получить большой коэффициент передачи, широкополосность и малый дрейф. Широкополосные усилители, как правило, имеют большой временной и температурный дрейф. В составном усилителе стабильный каскад с малым дрейфом непрерывно компенсирует напряжение сдвига нуля. Схема рис. 4.5,а, имеет два обособленных усилителя. Для настройки схемы необходимо иметь резисторы с точностью сопротивления 0,1 %. На схеме рис. 4.5,б существует общая ООС, которая стабилизирует первый ОУ. В этой схеме резистор R1 должен иметь точность 0,1 %, а резистор R2 — 10 %. Дрейф нуля меньше 1 мВ при коэффициенте передачи 10³.

Плавная регулировка коэффициента передачи параллельно включенных ОУ.

Схема усилителя, приведенного на рис. 4.6, позволяет плавно уменьшать сигнал на одном выходе при одновременном увеличении его на другом. Если потенциометр R5 находится в положении, когда точка соединения резисторов R3 и R4 подключена к общей шине, то входной сигнал проходит через интегральную микросхему DA2. В другом крайнем положении потенциометра работает микросхема DA1 При прохождении входного сигнала через одну интегральную микросхему на входе другой сигнал не равен нулю. За счет сопротивления контактов входной сигнал ослабляется только на 80 дБ. В среднем положении потенциометра работают оба усилителя. В этом положении входное сопротивление схемы равно 70 кОм.

Сдвоенные ОУ.

Для повышения температурной стабильности измерительных усилителей в схемах (рис. 4.7) объединяют два ОУ, поскольку они, обладают синхронным изменением параметров. Усилитель обладает коэффициентом усиления более 200. Коэффициент усиления первого каскада рассчитывается по формуле К_уи = (2R₁ + R₃)/R₂. Влияние входного синфазного сигнала и передачу его на выход как парафазного сигнала можно уменьшить, подобрав попарно равными сопротивления R4 и R5, а также R6 и R7. Схема имеет большое входное сопротивление, которое практически не зависит от изменения коэффициентов усиления ОУ.

Составной ОУ.

Усилитель, собранный по схеме рис. 4.8, обладает большим входным сопротивлением. Если одиночный ОУ имеет входное сопротивление приблизительно 0,5 МОм, то входное сопротивление составного усилителя более 10 МОм. Это достигается за счет глубокой ООС с помощью усилителя DA2. Этот же усилитель позволяет также значительно повысить (до 100 дБ) коэффициент ослабления синфазного сигнала. В этом случае необходимо более тщательно подобрать сопротивления резисторов R1 и R2.

Усилители с симметричным выходом.

Схема формирования двухполярного выходного напряжения (рис. 4.9,а), имеет низкие входное и выходное сопротивления. Для выравнивания выходных напряжений, как по положительному, так и по отрицательному выходам необходимо выполнить условия

U^-₂ = U⁺₁(2R₁ + R₃)/(R₃ + R₄) и U⁺₂ = U^-₁(2R₂ + R₁)/(R₁ + R₂)

Схема рис 4.3,б состоит из двух ОУ, включенных последовательно. Здесь напряжение

U^-₂ = U⁺₁(1 + R₂/R₁), а U⁺₂ = U^-₁(1 + R₄/R₁)

Эта схема может быть использована при подаче входного сигнала на любой вход ОУ. Она может иметь как малое входное сопротивление (когда сигнал подается на инвертирующий вход), так и большое входное сопротивление (когда сигнал поступает на неинвертирующий вход) Эта схема не симметрична и несбалансирована. На рис 4.9,в показана схема, где ОУ работают симметрично, причем они последовательно балансируют друг друга Выходное напряжение определяется согласно выражениям

U^-₂ = U⁺₁(1 + R₁/R₂), а U⁺₂ = U^-₁(1 + R₁/R₂)

Эта схема имеет большое входное сопротивление.

Схема с перекрестной балансировкой приведена на рис. 49,г. Она симметрична относительно входа и выхода, имеет большое входное сопротивление Выходное напряжение определяется выражениями

Для коэффициента передачи, равного единице, можно считать R1 = R3 = 0, а R2 = oo.

3. РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОУ

Подключение ОУ к однополярному питанию.

Для подключения усилителя к однополярному источнику питания создается делитель напряжения на стабилитронах VD1 и VD2 (рис 4.10). К искусственной нулевой точке между диодами подключается неинвертирующий вход усилителя. Для развязки от постоянной составляющей на входе и выходе включены конденсаторы С1 и С2.

Операционный усилитель с большим выходным сигналом.

Приведенная на рис. 4.11 схема позволяет получить на выходе сигнал с амплитудой до 20 В. Это достигается тем, что напряжение питания усилителя управляется выходным сигналом. При этом разность напряжений между контактами 4 и 7 остается без изменения (— 25 В) Следует иметь в виду, что с помощью этой схемы нельзя получить большие коэффициенты усиления. При большом выходном сигнале