1

Elekr/Wz_ope1, F0-6s, 219kB

2. PODSTAWOWE UKŁADY PRACY WO

WO w wiekszosci zastosowan pracują z piętlą napięciowego sprzężenia zwrotnego.
Właściwosci obwodu sprzężenia zwrotnego decydują w główniej mierze o

właściwosciach całego ukladu ze WO.

2.1. WO w układzie odwracającym
Sygnał wejściowy jest doprowadzany do wejścia odwracającego, wejście
nieodwracające zaś jest dołączone do masy układu.

Rys.1. Schemat

wzmacniacza

odwracającego

Uwzględniając, że
rezystancja

r

we

wzmacniacza

jest

duża, to prądy

I

we

= I

s

, skąd

2

1

R

U

U

R

U

U

wy

r

r

we

;

ur

wy

r

K

U

U

.

Po przekształceniach mamy, że wzmocnienie wzmacniacza (przy K

ur

→∞):

1

2

1

2

ur

1

2

we

wy

uf

R

R

R

R

1

k

1

1

1

R

R

U

U

K

(1)

*Wzmocnienie układu zależy tylko od stosunku rezystancji występujących w obwodzie

sprzężenia zwrotnego.

* Znak minus oznacza, że U

wy

ma fazę przeciwną w stosunku do U

we

.

*Biorąc pod uwagę, że U

r

jest bliskie zeru (bo K

ur

→∞), a więc potencjał zaciska 2 jest

bliski potencjałowi masy. Dlatego punkt ten nazywa się masą pozorną.

W przypadku ogólnym rezystancje R

1

i R

2

we wzorze (1) można zastąpić

impedancjami Z

1

i Z

2

. Wzór na wzmocnienie wzmacniacza z Rys.1 ma postać:

1

2

Z

Z

K

uf

(2)

* Zależne od doboru impedancji Z

1

i Z

2

układ może spełniać szereg funkcji:

różniczkować, całkować itp.

2

Rezystancja wejściowa

1

2

1

1

R

K

R

R

r

ur

we f

(3)

Sprzężenie zwrotne powoduje zmniejszenie rezystancji wyjściowej (r

wyr

ze

sprzężeniem zwrotnym nie przkracza 1Ω).

ur

wy

ur

wy

wyr

K

r

R

R

K

r

r

1

2

1

(4)

Charakterystyka przejściowa :

1) dla małych sygnałów można zakładać, że
wzmacniacz jest elementom liniowym;
2)dla napięcia wejściowego przekraczającego
U

WE r

> ± 4U

T

napięcie U

wy

nie ulega

zmianie. Oznacza to, że WO przekroczył swój
zakres pracy liniowej i nie zachodzi

proporcjonalności

między

sygnałem

wejściowym i wyjściowym.

*Warunek, aby WO nie był przesterowany

ur

wymax

K

U

we

U

(*)

Charakterystyka amplitudowo – częstotliwościowa: od wartości wzmocnienia

zależy częstotliwość graniczna pasma przepustowego WO (linią kreskowaną

oznacza się ograniczenia wzmocnienia w funkcji f

gf

pasma przepustowego)

Charakterystyka amplitudowo Parametry WO podawane producentem
– częstotliwościowa

3

Charakterystyka skokowa WO:

1)jest

to

wzmacniacz

bardzo

szybki;
2) na skokowy sygnał na wejsciu
odpowiada sygnałem skokowym na

wyjściu.

2.2. WO

w układzie NIEODWRACAJĄCYM

Sygnał jest doprowadzany do wejścia nieodwracającego przez rezystor R3, a do

wejścia odwracającego jest dołączony dzielnik rezystory R1, R2.

Rys. 2. Układ
wzmacniacza

nieodwracalnego

Dla układu

U

wy

= U

r

·K

r

, gdzie

U

r

= U

we

– U

f

oraz

2

1

1

R

R

R

U

U

wy

f

.

Po

przekształceniach

powyższych

wyrażeń

otrzymuje się wzór na
wzmocnienie

(przy

K

ur

→∞):

1

2

2

1

1

ur

ur

uf

R

R

1

R

R

R

K

1

K

K

(5)

r

we

jest bardzo duża i w praktyce ma wartość 10

10

÷10

13

Ω

r

wy

jest bardzo mała zgodnie z właściwościami WO z napięciowym USZ.

Charakterystyki przejściowa i skokowa WO nieodwracającego są podobne jak dla
układu WO odwracającego.

4

3. SCHEMATY UKŁADÓW ZE WZMACNIACZEM OPERACYJNYM

3.1. Wtórnik napięciowy
3.2. Wzmacniacz różnicowy
3.3. Wzmacniacz sumujący
3.4. Przetworniki ze wzmacniaczem operacyjnym: i→u, u→i

3.1. WTÓRNIK NAPIĘCIOWY

Przyjmując we WO nieodwracającym R1→ ∞, wtedy układ pracuje jak wtórnik
napięciowy:

1

R

R

1

K

1

2

uf

. (1)

Rys.1. Wtórnik napięciowy

(A.Chwaleba…)

3.2. WZMACNIACZ RÓŻNICOWY

Kojarząc WO odwracający i nieodwracający otrzymuje się WR:

)

U

U

(

R

R

U

R

R

U

R

R

R

R

R

R

U

1

we

2

we

1

2

1

we

1

2

2

we

1

4

4

3

2

1

wy

,

(2)

stosując, że

3

4

1

2

R

R

R

R

Rys.2. Wzmacniacz

różnicowy

(A.Chwaleba…)

*Rezystancję wejściowe obu wejść nie są jednakowe: dla wejścia odwracającego

wynosi R1, dla wejścia nieodwracającego jest równa (R3+R4).

5

3.3.

WZMACNIACZ SUMUJĄCY

Wejście (+) przy założeniu bardzo dużej rezystancji wejściowej WO jest na
potencjale masy. Przy bardzo dużym wzmocnieniu K

ur

napięcie wejściowe

U

we

=U

wy

/K

ur

jest bliskie zera. Przyjmujemy, więc, że węzeł wejścia odwracającego

(-) jest to „masa wirtualna”. Pojęcie masy wirtualnej ułatwia wyprowadzenie

przybliżonych wzorów na wzmocnienie WO. (A.Cwaleba…)

Rys.5.40,d. Schemat wzmacniacza sumującego

Z właściwości wirtualnej masy można zapisać:

I

we1

+I

we2

+…I

weN

= I

s

,

(5.91)

skąd można obliczyć

N

weN

we

we

wy

R

U

R

U

R

U

R

U

...

2

2

1

1

(5.92)

*Przy doborze jednakowych rezystancji R

1

= R

2

= …= R

N

uzyskuje się

algebraiczne sumowanie napięć:

we N

we

we

wy

U

...

U

U

R

R

U

2

1

1

6

3.4. PRZETWORNIKI ZE WZMACNIACZEM OPERACYJNYM:

I→U, U→I

Rys.5.41,a. Schemat

przetwornika prądu na napięcie

*Przetwornik

I→U

współpracuje

za

źródłem

prądowym o dużej jego
rezystancji wewnętrznej.

*

Napięcie wyjściowe układu

jest proporcjonalne do prądu

wejściowego oraz r

wy

→0.

Rys.5.41,b. Przetwornik napięcia na prąd

*Powoduje przepływ przez rezystancję
obciążenia prądu proporcjonalnego do

napięcia wyjściowego. Prąd ten nie
zależy od wartości rezystancji

obciążenia

*Przetworniki U→I charakteryzują się

dużą rezystancją jak wejściową, tak i
wyjściową.

Rys.5.41,e. Przetwornik napięcia na

prąd

*

Zaleta układu jest to

, ze j

eden

zacisk obciążenia jest uziemiony.

5

4

3

2

1

R

R

R

R

R

;

we

5

1

2

wy

U

R

R

R

I

.