Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Операционные усилители. Операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного



Операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока, обладающий коэффициентом усиления: КОУ=104÷105

Название "Операционный" связано с тем, что на его основе строятся аналоговые устройства, выполняющие математические операции, такие как: сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование, сравнение сигналов. В схемах автоматически ОУ используется для создания таких регуляторов, как: пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально -интегрально-дифференциальный (ПИД), импульсный, релейный, а также различных видов генераторы.

Схема:

В схеме указаны:

Uвхи - напряжение на инвертирующем входе

Uвхн - напряжение на неинвертирующем входе

Iвх- входной ток ОУ

ОУ имеет 2 входа: инвертирующий и неинвертирующий.

ОУ усиливает разности напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом.

Вход называется инвертирующим, потому что при Uвхи > Uвхн на выходе создаётся сигнал отрицательной полярности ( т.е. происходит инверт. сигнала). Если Uвхн > Uвхи, то на выходе формируется положительный сигнал. Т. к. выходной сигнал не может быть больше напряжения питания, при большом коэффициенте усиления входной сигнал должен быть близкий к нулю.

К основным характеристикам ОУ относятся:

Коэффициент усиления ОУ (Коу) , Напряжение питания Uпит, максимальное Uвых, максим,Iвых

Промышленностью выпускаются следующие виды ОУ:

Тип ОУ Коу Uпит, (В) Максимальные
Uвыхм , (В) Iвыхм , (мА)
К153УД6 ±15 ±10
КР544УД15 ±12,6 ±6 2,5
К140УД7 ±15 ±10
К140УД14А ±15 ±13 2,5
КМ551УД1 ±15 ±10
К553УД1 ±15 ±10

 

Масштабирующий инвертирующий ОУ

Такой ОУ выполняет операцию масштабирования( умножения, деления) и на его основе строится П - регулятор.

Схема:

В схеме: I1 - ток создаваемый Uвх

I0 - ток создаваемый цепью обратной связи при R0

U0 - разность напряжений между инвертирующим и не инвертирующим входом.

Iвх - входной то ОУ.

Т. к. коэф. усиления Коу≈∞, U0≈0, Iвх≈0 и по 1-му закону Кирхгофа I1= I0.

На этом свойстве основана работа всех ОУ в системах автоматики.

 

Т. к. I1 = , I0 = , то

 

Uвых = * Uвх

Если обозначить = Км - коэф. масштабирования, то

 

Uвых = Км* Uвх

 

В рассматриваемой схеме Км > и < 1 ( меньше и больше 1)

 

 

Интегрирующий ОУ

Он выполняет ф-цию интегратора входного сигнала (ф-цию интегрирования)

 

 

В схеме ; =>

=>

Если принять, что ∫ от лев. части = Uвых(t) и -R1Cо=Tи- постоянная времени интегрирования, то

,(интеграл от 0 до t).

Принцип действия интегратора поясним графически:

 

На вход подаются прям.импульсы длительности от 0 до t1 и от t2 далее

При подаче на вход прямого импульса на выходе будет формироваться напряжение = интегралу от пост.входного напряжения.

Т.к. Uвых не м.б. > питания в момент t’ происходит насыщение Uвых и это длится до t1. В момент времени t1 Uвх становится =0, при этом Uвых с пост.временем ti будет спадать до 0.

 

 

Дифференцирующий ОУ

Выполняет дифференцирование входного сигнала то есть на выходе формируется сигнал пропорциональный первой производной от входного сигнала.

В схеме (t) =

(t) = -

Исходя из принципа действия ОУ запишем (t) = -

Если обозначить - =Tg Tg – постоянная диффер-ия

(t) = Tg

Принцип действия дифференцирующего ОУ. Рассмотрим на графике.

Если на вход диф-его ОУ подать линейно нарастающее напряжение в интервале времени (0, ) в соответствии с принципом действия на выходе получим постоянные отрицательные напряжения.

 

 

Компаратор

Компаратор – устройство, на котором в системах автоматики выполняется сравнение 2 сигналов, какой из них больше. Схема компаратора:

 

Т.к. в схеме отсутствует обратная отрицательная связь (R0=∞), коэффициент масштабирования km тоже близок к 0. Поэтому входной сигнал Uo=Uвх-Uоп≈0. Принцип работы устройства: в момент, когда входные сигналы≈ между собой происходит переключение выхода в 0 или +Uпит. Принцип действия рассмотрим на графиках:

В соответствии с графиком в течение времени от 0 до t1

Uвых=+Uпит («1»). В интервале от t1 до t2 Uвых=0 («0»). На основе компараторов строятся шим-модуляторы.

Шим-модулятор преобразует значение аналогового напряжения (Uоп=) в соответствующую длительность импульса . Если изменять Uоп= на выходе модулятора получим прямоугольные импульсы соответственной длительности. В шим-модуляторах в качестве используется неизменяющееся пилообразное U. Uоп= - это то U, которое необходимо преобразовать в длительность импульса. Принцип действия шим модулятора на графиках:

 

Триггер Шмидта

В системах автоматики триггер Шмидта выполняет функцию релейного регулятора. Схема имеет вид:

В схеме действует положительная обратная связь по напряжению. Обратная связь-это передача в данном случае напряжения с выхода устройства на его вход. Обр. связь бывает положительная, если напряжение поступающее с выхода складывается с напряжением поступающим на вход. При отрицательной обратной связи напряжение поступающее с выхода вычитается из напряжения, поступающего на вход. В рассмотренной схеме напряжение с выхода через делитель R1 и R2 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Напряжение положительной обратной связи Uпос снимается с R1. Это напряжение принимает 2 значения:

 

Принцип действия триггера Шмидта рассматривается на графиках:

Переключение происходит в момент приблизительного равенства переменного Uвых и напряжения положительной обратной связи Uпос

В интервале времени от 0 до t1 напряжение на инвертирующем входе меньше чем на неинвертирующем, следовательно Uвых положительное. Это состояние удерживается до тех пор, пока переменная Uвх не достигнет значения U2(Uпос). В момент совпадения произойдет переключение выхода на обратное состояние, т.е. - Uвых . Это состояние будет удерживаться до момента t2 , когда переменная Uвых сравнивается с U1 (Uпос). и т.д.

В результате для входного сигнала ( ~Uвх). Есть зона нечувствительности (сх. нереагирует на изменение вх. сигнала) .

Статическая характеристика триггера Шмидта имеет вид:

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.