Материал: Введение в схемотехнику электрических цепей. Литвиненко В.П., Литвиненко Ю.В

вертирующий вход ОУ, обеспечивая 100% отрицательную обратную связь) из (8.6) получим KУ 1. Полученный усилитель

называют повторителем напряжения.

Для инвертирующего усилителя на рис. 8.4б аналогично предыдущему получим (проведите расчет самостоятельно)

RВХ ОУ входное сопротивление не инвертирующего входа са-

мого ОУ (в идеальном ОУ оно бесконечно), K - собственный коэффициент усиления ОУ, KУ - требуемый коэффициент уси-

ления. Как видно, при K KУ из (8.8) получим неравенство

RВХ RВХ ОУ , то есть не инвертирующий усилитель на базе

ОУ на низких частотах имеет огромное входное сопротивление.

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на базе ОУ приближенно равно

R2 1 10МОм, то уменьшают R1 .

Пусть задан коэффициент усиления KУ 10. Для реали-

зации усилителя выберем ОУ 157УД2 и R1 R3 10кОм, при

этом для не инвертирующего усилителя (рис. 8.4а) из (8.6) получим

R2 (KУ 1)R1 90кОм.

65

Если необходим инвертирующий усилитель, то из (8.7) получим

R2 KУ R1 100кОм.

Модели усилителей на ОУ в программе MicroCAP показаны на рис. 8.5.

На рис. 8.6 показана полученная в результате моделирования АЧХ не инвертирующего усилителя (рис. 8.5а), а на рис. 8.7 - инвертирующего усилителя (рис. 8.5б).

Рис. 8.5

Рис. 8.6

Рис. 8.7

66

Рассмотренные усилители обеспечивают требуемый коэффициент усиления на рабочих частотах до нескольких десятков кГц, что определяется свойствами ОУ. Согласно (8.6) и (8.7) коэффициент усиления определяется сопротивлениями резисторов в цепи обратной связи ОУ, что при использовании резисторов с высокой точностью позволяет изготавливать усилители с требуемым коэффициентом усиления, например, для использования в измерительных приборах.

На базе ОУ реализуются различные устройства обработки сигналов (сумматоры, вычитатели, интеграторы, дифференциаторы и др.).

8.3. Прецизионный выпрямитель

Одним из устройств на базе ОУ является прецизионный выпрямитель, схема которого показана на рис. 8.8.

Рис. 8.8

Входное напряжение u1(t) с амплитудой 10 мВ подается на не инвертирующий вход ОУ (его временная диаграмма показана в левой части рис. 8.8), а временные диаграммы выходных сигналов u1(t) и u2(t) – в его правой части. Как видно, устройство обеспечивает практически идеальное выпрямление входного напряжения и усиление сигнала с коэффициентом 100. Подобные выпрямители целесообразно использовать в вольтметрах переменного напряжения.

67

9. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

9.1. Структурная схема источника питания

Для функционирования электронных устройств требуется источник питания (обычно постоянного напряжения). Для переносной и мобильной аппаратуры необходимы автономные источники (батареи, аккумуляторы), однако получаемая от них электроэнергия имеет высокую стоимость. Значительно дешевле электроэнергия, получаемая от силовой сети переменного (гармонического) тока с частотой 50 Гц и действующим значением напряжения 220 В. В розетке однофазной силовой сети (дома, в лаборатории) имеется два контакта (рис. 9.1а), к которым подключается вилка источника питания. Один из контактов с высоким напряжением относительно точки нулевого потенциала («земли») называют фазой, а второй (с теоретически с нулевым потенциалом) нейтралью.

Рис. 9.1

Временная диаграмма сетевого напряженияu(t) показа-

на рис. 9.1б. Его амплитуда равна Um 2202 311В, а период повторения 20 мс, что соответствует частоте сети 50 Гц.

Источник (блок) питания от силовой электросети преобразует ее высокое напряжение в постоянное напряжение заданной величины с типичными значениями 5 В, 9 В, 12 В или 24 В. Структурная схема блока питания показана нарис. 9.2.

Переменное напряжение силовой сети (220 В) подается

68

на силовой трансформатор (Тр), задачей который является снижение его до требуемого уровня U2 (например, 20 В действующего значения).

Рис. 9.2

Полученное переменное напряжение U2 с вторичной обмотки трансформатора подается на выпрямитель на полупроводниковых диодах. Формируемые диодами однополярные импульсы тока поступают на фильтр, конденсатор которого заряжается импульсами тока и на нем выделяется постоянная составляющая напряжения выпрямителя. Это напряжение поступает на электронный стабилизатор напряжения (в простых блоках питания он может отсутствовать), задачей которого является поддержание заданного значения выходного постоянного напряжения при изменении напряжения сети и тока нагрузки. К выходу источника питания подключается нагрузка - питаемое электронное устройство.

9.2. Силовой трансформатор

Силовой трансформатор представляет собой сердечник из пластин трансформаторного железа, на котором расположены обмотки (катушки) из медного провода (рис. 9.3).

Силовая сеть подключена к первичной обмотке трансформатора с числом витков W1 и создает, на ней напряжение

U1 220В. В первичной обмотке возникает гармонический ток, создающей в ней переменное магнитное поле.

69