Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Другие распространенные схемы на ОУ

Как уже упоминалось, операционные усилители получили свое название от того, что они применялись для моделирования математических операций, которое выполнялось т. н. аналоговыми вычислительными машинами . Одной из основных схем в них был аналоговый сумматор, который представляет собой просто усилитель (инвертирующий или нет), на вход которого подается несколько напряжений через отдельные резисторы. При этом напряжения будут суммироваться с весами, пропорциональными значениям этих резисторов.

Другой необходимой составляющей таких машин был интегратор на ОУ, схема которого приведена на рис. 6.9, а . Этот интегратор, в отличие от интегрирующей RC-цепочки из главы 2 , действительно осуществляет операцию интегрирования в корректной форме. Например, если подать на его вход постоянное напряжение (отрицательное), то напряжение на выходе будет линейно возрастать (интеграл от константы есть прямая линия), с наклоном, равным U вх/RC (вольт в секунду). Входной сигнал можно подать и на неинвертирующий вход — получим неинвертирующий интегратор. Можно также объединить интегратор с сумматором, тогда интегрирование будет осуществляться по сумме входных напряжений с соответствующими весовыми коэффициентами. Интеграторы, как и сумматоры, используются и по сей день в различных схемах (см. главу 10 ).

Рис. 6.9. Распространенные схемы на ОУ:

а— интегратор; б— источник тока

Еще одна очень полезная схема (рис. 6.9, б ) представляет собой почти идеальный источник тока с выходным сопротивлением, равным бесконечности. Здесь возможно однополярное питание, как и показано на схеме. Ток можно задавать как соотношением резисторов делителя R1, R2, так и резистором R. Обратите внимание, что отрицательная обратная связь подается на неинвертирующий выход ОУ, т. к. здесь использован полевой транзистор с /z-каналом и стабилизируется его стоковое напряжение, которое есть инверсия напряжения на затворе. Если взять транзистор с р -каналом, то его в этой схеме нужно подключить наоборот: стоком в направлении нагрузки, а обратную связь, снимаемую с истока, подавать на инвертирующий вход. Для высокой стабильности тока в этой схеме требуется столь же высокая стабильность напряжения питания, поэтому если важна абсолютная величина тока, то схему (и делитель R1/R2, и резистор R, а не только делитель!) приходится питать от отдельного прецизионного стабилизатора. К счастью, стабильность в абсолютном понимании требуется не всегда, часто необходима стабильность некоей величины лишь относительно других параметров схемы. Кстати, от характеристик транзистора стабильность тока никак не зависит, единственное требование — чтобы начальный ток стока превышал установленный выходной ток схемы. Если применить не полевой, а биполярный транзистор, то будет иметь место некоторая зависимость выходного тока из-за изменений базового тока транзистора (т. к. коллекторный ток отличается от эмиттерного на величину тока базы), потому в таких источниках предпочтительнее именно полевые транзисторы.

Немало интересных практических применений ОУ вы можете найти в многочисленной литературе, например, в классических трудах [5] и [6], а также в Интернете. А сейчас мы рассмотрим две полезные схемы, которые хорошо иллюстрируют особенности использования ОУ на практике.

Крупный недостаток современных компьютеров заключается в том, что они шумят — приходится только удивляться периодически возникающим спорам по поводу нюансов звучания той или иной акустической системы, если уровень шума системного блока не опускается ниже 30–40 дБ. Определяющий вклад в этот шум вносят вентиляторы блока питания и процессора. Частично решить проблему можно, если заменить дешевые вентиляторы на более дорогие, с лучшей конфигурацией лопастей и более надежными подшипниками. Но чтобы снизить шум до предельно возможного уровня, следует применять устройства регулирования скорости вращения — зачем вентилятору «завывать» на полных оборотах, если температура находится в пределах допустимого? Многие современные чипсеты способны сами регулировать обороты, вместе с тем в эксплуатации полно дешевых машин, в которых такой регулировки нет.

Заметки на полях