Obraz (2548)

204

zwrotnego. Współczynnik K, nazywa się współczynnikiem wzmocnienia dla amkniętęj pętli sprzężenia wzmacniacza lub krótko wzmocnieniem ewentualnie współczynnikiem wzmocnienia wzmacniacza:

(15.4)

Analizę działania wzmacniacza można przeprowadzić z różnym stopniem trudności, uwzględniając lub pomijając niektóre parametry wzmacniacza operacyjnego. Wybierzmy najprostszy sposób tej analizy. Załóżmy na wstępie, że wartość napięcia L'_w, jest skończona i wynosi np. + 1 V oraz że współczynnik K₀ ma typową wartość, np. 10® V/V. Określmy na podstawie wcześniejszych informacji dotyczących pracy wzmacniacza operacyjnego napięcie różnicowe U_r :

(15.5)

U_wy

K₀

Przy podanych wyżej wartościach, napięcie U, wynosi 10"⁶ V (1 pV), a więc praktycznie równe jest 0 V. Tym samym zarówno potencjał wgl jak i we_ traktowany może być jako taki sam i równy 0 V (dla tego typu wzmacniacza).

Po powyższym wstępie przystąpmy do analizy. Konkretny schemat przedstawiony jest na rys. 15.6, na którym zaznaczono m. in. natężenie prądu płynące w układzie przy założeniu, że sygnał U_wt jest mniejszy od 0 V.

R

Rys. 15.6. Schemat ideowy wzmacniacza odwracającego fazę napięcia wejściowego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym

Wyznaczyć chcemy użytkowe wzmocnienie układu K„ definiowane jako stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego i określone równaniem (15.4).

Jeżeli założymy, że natężenie prądu wpływającego do wejścia odwracającego wzmacniacza jest równe zero, to natężenie i prądu płynącego przez rezystory Rj i Ry z prawa Ohma można zapisać następująco:

(15 C

U_w,

I

z tego

R,

R

(15-.

Jak widać, wzmocnienie użytkowe układu zależy, przy spełnieniu określonych założeń, jedynie od stosunku rezystorów pętli sprzężenia zwrotnego. Jest jedna z istotnych własności układów ze wzmacniaczami operacyjnym:, ułatwiających zarówno projektowanie, jak i analizę istniejących aplikacj:. W przypadku wzmacniacza odwracającego fazę wzmocnienie użytkowe zmieniać się może od 0 V/V (dla J?₂11 do teoretycznie — K₃ (dla Ri/Ri = oo).

Należy podkreślić, że opisany sposób obliczeń ma charakter przybliżony, nie uwzględniający wielu parametrów wzmacniaczy rzeczywistych, niemniej dla potrzeb elektrochemika całkowicie wystarczający.

Na kilka istotnych cech wzmacniacza rzeczywistego należy koniecznie zwrócić uwagę.

Jedną z nich jest ograniczony zakres wyjściowego napięcia wzmacniacza. Załóżmy, że rezystory R₂ i R₂ mają wartości odpowiednio 1 kfl i 10 kft. a więc wzmocnienie K_u wzmacniacza wynosi —10 V/V. Z uwagi na napięcia zasilające — 15 V i + 15 V, wyjściowe napięcie ograniczone będzie do ok. — 13 V i ok. + 13 V. Charakterystyka    = /(!/*«) dla wzmacniacza

idealnego i rzeczywistego będzie miała postać przedstawioną na rys. 15.7.

Zakres napięć wyjściowych, odpowiadających wartościom ok. -13 V i ok. +13 V, napięć, które praktycznie nie zmieniają się, mimo mraS napięcia wejściowego, nazywa się stanami nasycenia napięciowego wzmacniacza. Stany te to nie tylko ograniczenie napięć wyjściowych, ale też i nieprawidłowe działanie pętli sprzężenia zwrotnego, m. in. wartość potencjału wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego oraz napięcie U, nie są równe 0 V. Może to mieć istotne znaczenie dla prawidłowej pracy badanego układu elektrochemicznego np. w trybie potencjostatycznym, prowadząc do powstania błędów potencjału polaryzacji i mierzonego natężenia prądu