Расчёт схем на операционных усилителях Дифференциальный усилитель (вычитатель) – DA1 NJM2122 Схема дифференциального усилителя, представляющего собой комбинацию инвертирующего и неинвертирующего усилителей, приведена на рис. 1. Рисунок 1 – Дифференциальный усилитель Дифференциальный усилитель усиливает разность сигналов Uвх.1 и Uвх.2, подаваемых соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы. Исходные данные: NJM2122: Uвх.1 = -15 мВ Uвх.2 = +15 мВ R1 = 2,4 кОм R2 = 15 кОм R3 = 300 Ом R4 = 2,2 кОм K U0 = 6,15 Rвх0 = 10 кОм Uсм. = 1 ÷ 6 мВ ∆Iвх = 0,45 мкА Выходное напряжение данной схемы U вых. диф. = − 𝑅2 𝑅1 𝑈вх.1 + (1 + 𝑅2 𝑅1 ) 𝑈вх.2 𝑅4 𝑅3 +𝑅4 U вых. диф. = - 15000/2400 Ом х (-15 мВ) + (1 + 15000/2400) х 15 мВ х 2200 Ом / (300 + 2200 Ом) = 0,094 + 0,096 = 0,19 В Входные сопротивления по инвертирующему и неинвертирующему входам R вх.инв. = R1 = 2,4 кОм R вх. неинв. = R3 + R4 = 300 + 2200 Ом = 2,5 кОм Коэффициент усиления разностного сигнала K U диф. = 𝑅2 𝑅1 K U диф = 15 кОм / 2,4 кОм = 6,25 диф 𝑅 𝑈вых.ош. = (1 + 𝑅2 ) (𝑈см. + ∆𝐼вх 𝑅2 ) 1 диф 𝑈вых.ош. = (1 + 15 кОм / 2,4 кОм) х (6 мВ + 0,45 мкА х 15 кОм) = 7,25 х = 0,00029 В = 0,29 мВ. Инвертирующий усилитель – DA2 RC4558 Схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 2. Рисунок 2 – Инвертирующий усилитель Входной сигнал подаётся на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход соединён с общим проводом. Исходные данные: RC4558: Uвх.1 = -15 мВ Uвх.2 = +15 мВ R1 = 8,2 кОм R2 = 505,1 кОм K U0 = 65 Rвх0 = 5 МОм Uсм. = 0,5 ÷ 6 мВ ∆Iвх = 0,3 мкА При использовании реального операционного усилителя необходимо учитывать, что коэффициент усиления самого ОУ и его входное сопротивления являются конечными величинами. С учётом этого формулы коэффициента усиления по напряжению инвертирующего усилителя и входного сопротивления принимают соответственно вид 𝑅 1 K U инв. = − 𝑅2 1 1+ 1 (1+𝑅1) 𝐾𝑈 𝑅2 0 , K U инв. = - (505,1 кОм / 8,2 кОм) х (1 / (1 + 1 / 65 х (1 + 8,2 кОм / 505,1 кОм))) = - 61,6 х 0,985 = - 60,68 R вх.инв. = R1 + 𝑅вх0 𝑅2 . 𝑅вх0 (1+𝐾𝑈0 )+𝑅2 R вх.инв. = 8,2 кОм + (5 МОм х 505,1 кОм) / (5 МОм х (1 + 65) + 505,1 кОм) = 8,2 кОм + 2525500000000 Ом / 330505100 Ом = 15,84 кОм Принимаем R вх.инв. = 16 кОм Отличие от нуля входных токов и напряжения смещения в реальном ОУ приводит к появлению напряжения ошибки Uвых.ош. на выходе усилителя. Для уменьшения выходного напряжения ошибки, обусловленного входными токами ОУ, между неинвертирующим входом и общим проводом включают резистор Rкор. с сопротивлением Rкор. = 𝑅1 𝑅2 𝑅1 +𝑅2 . Rкор. = 8,2 кОм х 505,1 кОм / (8,2 кОм + 505,1 кОм) = 4141,82 / 513,3 кОм = 8,07 кОм Принимаем Rкор. = 8,2 кОм Тогда напряжение ошибки будет определяться выражением 𝑅 инв 𝑈вых.ош. = (1 + 𝑅2 ) (𝑈см. + ∆𝐼вх 𝑅кор. ) 1 инв 𝑈вых.ош. = (1 + 505,1 кОм / 8,2 кОм) х (6 мВ + 0,3 мкА х 8,2 кОм) = 0,00092 В = 0,92 мВ.
