КРАТКИЕ ПОЯСНЕНИЯ. Примером зависимого источника является операционный усилитель(ОУ)

Примером зависимого источника является операционный усилитель(ОУ).

Операционный усилитель (ОУ) выпускается в виде отдельной мик­росхемы и является активным элементом схемы. Операционный уси­литель (рис.11.1) имеет два входа: 1 - неинвертирующий и 2 - инверти­рующий. При подаче напряжения U ₁ на вход 1 выходное напряжение U ₂ имеет ту же полярность, что и U ₁, а при подаче U ₁ на вход 3 напряжение U ₂ меняет знак на противоположный.

Идеальный ОУ (рис.11.1а) представляет собой ИНУН (источник на­пряжения, управляемый напряжением) с бесконечно большим коэф­фициентом усиления μ = ∞, бесконечно большим входным сопротивле­нием и нулевым выходным сопротивлением.

Рассмотрим в качестве примера расчета схему рис. 11,2а.

Рис. 11.2

Линейная схема замещения приведена на рис.11.2б. Определим коэф­фициент передачи по напряжению

и входное сопротивление Z _вх1.

(11.1)

Воспользуемся методом узловых потенциалов:

(11.2)

Отсюда:

(11.3)

Подставим 11.3 в 11.1:

Коэффициент передачи по напряжению равен:

(11.4)

Входное сопротивление

Рассчитаем ток I ₁ по второму закону Кирхгофа:

(11.5)

Таким образом, изменяя сопротивление обратной связи R ₂, можно из­менять коэффициент передачи по напряжению H _{U ;}, при этом входное со­противление четырехполюсника остается неизменным и равным R₁.

Операционные усилители можно использовать в неинвертируемом и инвертируемом режимах. При включении ОУ по неинвертирующей схеме (рис. 11.3) входное сопротивление цепи оказывается весьма большим, иногда и десятки мегаом, а коэффициент передачи определяется из выражения:

Рис.11.3 Рис.11.4

Важной разновидностью неинвертирующих схем является схема, у которой R₁ = ∞, R₂ = 0 (рис. 11.4). Входное сопротивление цепи, соб­ранной по данной схеме, весьма велико, а коэффициент передачи равен 1. Цепь, изображенная на рис.11.4, называется электронным повторителем напряжения. В такой цепи форма выходного напряже­ния повторяет форму входного. Таким образом, если между выход­ными зажимами некоторого четырехполюсника и входными зажимами нагрузочного сопротивления включить повторитель (рис. 11.5), то на­пряжение на нагрузочном сопротивлении,

Рис. 11.5

т.е. между точками 5-6, будет таким же, каким оно было при непосредственном подключении к выходным зажимам четырехпо­люсника, т.е. к точкам 3-4. Сам четырехполюсник работает при этом практически в режиме холостого хода, поскольку входное сопротивле­ние повторителя весьма велико. Например, в последовательном колеба­тельном контуре нагрузочное сопротивление Rн со значениями менее 100 ρ (где волновое сопротивление контура) уменьшает доброт­ность контура, ухудшает его избирательные свойства, поэтому нагрузоч­ное сопротивление следует включать не непосредственно к

Рис. 11.6

выходным зажимам контура, а через повторитель (рис. 11.6). В ряде случаев приходится соединять несколько одинаковых звеньев, например, таких, как показано на рис. 11.7. Однако в такой схеме сопротивление емкости С₁ шунтируется

Рис.11.7

цепочкой . Чтобы исключить влияние звеньев друг на друга, между ними также ста­вят повторитель (рис. 11.8). В этом случае входное сопротивление второго звена оказывается весьма большим и шунтирующее действие последую­щего звена на предыдущее отсутствует, хотя напряжение на входе второго звена остается равным напряжению на выходе первого звена.

Таким образом, во всех случаях, когда необходимо увеличить входное сопротивление цепи, не изменяя напряжения между зажимами этой цепи, необходимо использовать электронный повторитель напряже­ния, выполненный с помощью операционного усилителя.

Рис.11.8

Рис. 11.9

Разберем вопрос о влиянии входного сопротивления измерительного прибора на цепь при подключении прибора к цепи, в которой производит­ся измерение. Пусть в цепи рис.11.9 необходимо измерить напряжение на внешнем сопротивлении R. До подключения к точкам АВ вольтметра V по цепи протекал ток

При подключении вольтметра сопротивление между точками АВ становится равным:

,

которое меньше R, при этом ток в цепи увеличивается, падение на­пряжения на внутреннем сопротивлении r также увеличивается, а по­скольку ЭДС E остается неизменной, напряжение на внешнем сопро­тивлении уменьшается. Таким образом, в общем случае напряжение на сопротивлении R при отключенном вольтметре больше, чем напряжение, показываемое вольтметром (или каким-либо иным измерительным прибо­ром). Анализ показывает, что относи тельная погрешность, обусловленная подключением прибора к цепи, определяется из выражения:

≈ (11.6)

Например, если вольтметр показывает 30 В, а член β равен 10 %, то это означает, что напряжение на сопротивлении R при отключенном вольтметре равно 30 + 0,1 ·30 = 33 В. Еще пример. Пусть r = 10 кОм, R =30 кОм, R = 50 кОм. Определим относительную погрешность β, обуслов­ленную подключением прибора к цепи:

(11.7)

Сопротивления r и R определяются параметрами цепи и изменены быть не могут, поэтому для уменьшения погрешности, обусловленной подключением прибора к цепи, необходимо увеличивать внутреннее со­противление вольтметра Rv. При этом вольтметр следует включить через повторитель, входное сопротивление вольтметра резко возрастает, погрешность β уменьшается.

Поиск по сайту: