Операционный усилитель. Примеры схем с описанием работы ч. 3

▌Антилогарифический усилитель

Если переставить диод в логарифмическом усилителе, то получим антилогарифмический, с экспоненциальным усилением. Работает точно также, ток, ничем не ограниченный, течет в виртуальное заземление, увеличиваясь примерно по экспоненте, как это принято у pn перехода. Ну, а поскольку это тот же ток, что течет в ООС, то помноженный на сопротивление резистора он даст нам выходное напряжение увеличивающееся по экспоненте. Все просто :))) Правда вместо диода лучше использовать транзистор. Используя его БЭ переход в качестве диодного pn перехода, а база при этом заземляется. У него характеристика лучше. Или, вообще специализированные усилители с готовой характеристикой.

Зачем такой усилок нужен? Ну у меня не нашлось идей для чего его можно применить отдельно, но вот в сочетании с логарифмическим он вполне может использоваться для умножения и деления аналоговых сигналов.

▌Умножитель и делитель
Как упростить умножение? Заменить его сложением логарифмов. Ln(A*B) = Ln(A) + Ln(B). А деление это, соответственно Ln(A/B) = Ln(A)-Ln(B). Проще некуда, лол. Но так на самом деле выходит сильно проще :) Т.е. если нам надо помножить два аналоговых сигнала, то мы сначала прогоняем их через логарифмирующие усилители, потом загоняем в сумматор с коэффициентом усиления 1, а дальше прогоном через антилогарифмический усилитель достаем из под логарифма.

Правда тут есть нюанс, как в том анекдоте. Попасть в чисто логарифмическую характеристику на диоде или транзисторе можно с оооочень большой натяжкой. А тут это критически важно. Так что вот так вот, на рассыпухе, собрать схему умножения на логарифмах/антилогарифмах задачка нетривиальная. Ее все время будет выносить черт знает куда. Про то, что надо будет скорректировать все смещения и перекосы самих усилителей я и не говорю. Поэтому я даже схему приводить не буду. Из описания и так понятно, если уж сильно заинтересует кого.

Для таких задач есть специальные микросхемы, вроде AD633 (умножитель) или AD734 (умножитель/делитель), тысячи их.

▌Суммирующие и комбинированные схемы
За что я люблю ОУ так это за то, что тут можно на одном ОУ склепать сразу несколько узлов одновременно. Интегратор, плюс сумматор и сверху еще усилителем обмазать… Помните, может быть, схему аналогового реобаса.

Там на одном ОУ я брал значение с термостабилитрона, вычитал из него опорное напряжение смещения, а результат еще и домножал на коэффициент, чтобы смасштабировать — #3. На двух ОУ сделал генератор пилы (меандр плюс интегратор) — #1 И еще из одного ОУ получился компаратор, который из пилы и постоянки сделал мне ШИМ — #2.

Точно также можно комбинировать, усиливающие интегрирующие и дифференцирующие схемы.

Вот, например, суммирующий усилитель:

Ток от входных напряжений течет в виртуальное КЗ через входные резисторы согласно их номиналам, просто по закону Ома. А в итоге все токи суммируется в узле и утекают в цепь ООС через резистор Roc — это суммирующая часть.

Дальше все домножается на сопротивление Roc — это уже усиливающая часть. Если все элементы взять одинаковые, скажем по 10кОм, то получим простой сумматор. Если резистор Roc взять вдвое больше, то результат суммирования умножится на два (опять же по закону Ома, ток то в ООС прежним останется). Если менять входные резисторы, то можно каждое слагаемое еще и на коэффициент домножить. В результате мы на одном элементе делаем и масштабирование входных сигналов и масштабирование выходных. Красота же!

А еще можно засунуть сумматор, например, в интегратор, а чего нет то? Получим суммирующий интегратор.

В соответствии с током через конденсатор, который вычисляется как I = C(dU/dt), суммарный ток даст нам с учетом сопротивления резисторов:

-C*dUвых/dt = (U1/R1)+(U2/R2)+…+(Un/Rn)

Если резисторы одинаковые, то на выходе будет -1/RC * ∫ (U1+U2+..+Un) dt.

Добавив вторую ветвь, можно сделать разностный интегратор:

Если считать, что резисторы равны, то:

Uвых = 1/RC ∫(U2-U1)dt

Или можно сунуть интегратору в ОС резистор и тогда к нему добавится еще и коэффициент усиления.

Он именно что добавится, то есть не результат интеграции умножится на коэффициент усиления, а к результату интеграции прибавится еще и функция обычного усиления. Т.к. результирующее напряжение теперь поделится на напряжение конденсатора (интегрирующая часть) и напряжение падения на резисторе (пропорциональная часть). На скорость зарядки конденсатора это не повлияет никак, т.к. ток в ОС зависит только от входного напряжения и входного резистора, а там ток течет в виртуальное КЗ. Ну вы поняли ;)

Uвых = -(Roc/R)*Uвх-(1/RC) ∫ Uвх dt

С дифференциатором та же история. Можно сделать суммирующий дифференциатор, добавив конденсаторов в параллель. Или добавить коэффициент усиления в сумму, поставив резистор параллельно конденсатору. Схема разностного дифференциатора аналогична интегратору.

Продолжение следует…

10 thoughts on “Операционный усилитель. Примеры схем с описанием работы ч. 3”

  1. Спасибо огромное! Вопрос нуба. Нужно мерить ток в верхнем плече DC-DC преобразователя. При этом измеряемое напряжение может быть много больше напряжения питания ОУ. Например питание ОУ 3.3В а DC выдает 12В. Схем измерения тока в нижнем плече полный интернет. А тут как делать? И чтобы 2 раза не вставать: есть токовая петля. Как подключить ОУ если напряжение на петле может быть любым (зависит от наведенных помех, потерь в кабеле, напряжения накачки на той стороне). Спасибо.

    1. Пропусти через делители резистивные. Прогони через вычитающий оу и гони на ацп.

      Для токовой петли напряжение зависит от резистора. А совсем уж большие выбросы срежь супрессором на напряжение питания оу

  2. Применение ОУ в электронике чрезвычайно широко. Операционный усилитель, вероятно, наиболее часто встречающийся элемент в аналоговой схемотехнике. Добавление лишь нескольких внешних компонентов делает из ОУ конкретную схему аналоговой обработки сигналов. Многие стандартные ОУ сто?ят всего несколько центов в крупных партиях ( 1000 шт ), но усилители с нестандартными характеристиками (в интегральном или дискретном исполнении) могут стоить $100 и выше.

  3. Уважаемый DI HALT прошу помощи. Комментарий совсем ни к месту и ни по теме. Но надеюсь Вы как то свяжитесь со мной и поможете. Я когда мне не было еще 30 лет по вашим материалам изучал чуть по чуть megу8 :-). Суть такова кнопка переключения ГАЗ-БЕНЗИН от комплекта ГБО. Комплект электронники ГБО б/у и сильно порезан. Я его восстановил. Кнопка была в таком состоянии что вырваны контактные площадки. ГБО если что Ловато 4 поколение. Так вот кнопка это не просто включалка-выключалка. Она микропроцессорная от мозгов к ней идут три провода +5в земля и RXD, и были запаяны именно эти три контакта, хотя там есть площадка TXD (я так думаю). И вот эта кнопка получает сигналы от мозгов и показывает мне светодиодами режимы работы. А сама кнопка без фиксации не переключает режимы работы с бензина на газ и наоборот. Через комп по шнуру в интерфейсе программы я все эти переключения и настройки делаю. Система функционирует автоматически мне мне требуется нажимать эту кнопку. Но есть моменты если газ закончился и режим перешел на бензин после заправки газом я не могу переключится на газ кнопкой, только через комп. А комп с собой возить это маразм. Ну хоть мне и нужно это делать нечасто, но если бы она функционировала было бы прекрасно. Вот подскажите мне через комп понятно нажмал виртуальную кнопку и по TXD сигнал ушел блок переключился. А как это функция реализована может быть в кнопке? При том что там только RXD минус и +5вольт.
    RXD же не может же послать сигнал, и вот я думаю что кнопка просто тупо что то с чем то перемыкает возможно через сопротивление. RXD на минус уже замыкал ничего :-) Разобраться визуально и прозвонить пробовал, вроде все дорожки соединил и результат 0. На кнопку четко звонится плюсовой контакт и она дальше через себя его пускает. Просьба помочь :-) советом zakytkin@yandex.ru

    1. Там может быть 1-wire протокол. Тогда по этой линии можно гнать что угодно. Если там сложная логика, то без осциллографа там делать нечего.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.