Какую математическую операцию над аналоговыми сигналами выполняет усилитель
Перейти к содержимому

Какую математическую операцию над аналоговыми сигналами выполняет усилитель

  • автор:

Тест из 40 вопросов с указанием правильных ответов по дисциплине «Электроника» , страница 2

Какой параметр усилителя вычисляется по формуле

1) Коэффициент усиления по напряжению.

2) Динамический диапазон.

3) Коэффициент гармоник.

4) Глубина обратной связи.

Вопрос № 22 Укажите номер правильного ответа

Что характеризует полоса пропускания усилителя?

1) Диапазон частот усиливаемого сигнала.

2) Диапазон уровней напряжения входного сигнала.

3) Диапазон регулирования громкости выходного сигнала.

4) Нет правильного ответа.

Вопрос № 23 Укажите номер правильного ответа

Какое преимущество имеют усилители класса В перед усилителями класса А?

1) Меньший уровень нелинейных искажений.

2) Больше коэффициент полезного действия.

3) Шире полоса пропускания.

4) Больше коэффициент усиления по напряжению.

Вопрос № 24 Укажите номер правильного ответа

Какой вид обратной связи не встречается в усилителях электрических сигналов?

1) Последовательная по току.

2) Параллельная по напряжению.

3) Последовательная по фазе.

4) Отрицательная по напряжению.

Вопрос № 25 Укажите номер правильного ответа

Для какого усилителя справедливо выражение

1) Для двухтактного трансформаторного усилителя.

2) Для двухтактного бестрансформаторного усилителя.

3) Для двухкаскадного усилителя.

4) Все ответы правильные.

Вопрос № 26 Укажите номер правильного ответа

Какую математическую операцию над аналоговыми сигналами выполняет операционный усилитель в приведенной схеме?

4) Умножение на константу.

Вопрос № 27 Укажите номер правильного ответа

На каком из рисунков представлена инвертирующая схема включения операционного усилителя с отрицательной обратной связью?

Вопрос № 28 Укажите номер правильного ответа

Какими свойствами обладает идеальный операционный усилитель?

Вопрос № 29 Укажите номер правильного ответа

Какому типу усилителей принадлежит операционный усилитель?

1) Усилитель низкой частоты;

2) Широкополосный усилитель.

3) Усилитель постоянного тока.

4) Избирательный усилитель.

Вопрос № 30 Укажите номер правильного ответа

Какой коэффициент усиления имеет данная схема, если

R1 = 100 кОм, R2 = 300 кОм, а RЗ = 150 кOм?

Вопрос № 31 Укажите номер правильного ответа

Какое условие достаточно выполнить, чтобы построить
автоколебательный генератор электрических сигналов?

1. Охватить усилительный каскад цепью положительной
обратной связи.

2. Обеспечить петлевой коэффициент усиления больше
единицы.

3. Обеспечить сдвиг фаз между входным и выходным
сигналами кратный 2p.

4. Нет правильного ответа.

Вопрос № 32 Укажите номер правильного ответа

На какой диаграмме представлена эпюра выходного напряжения трехфазного выпрямителя со средней точкой, работающего на активную нагрузку?

Вопрос № 33 Укажите номер правильного ответа

Схема какого устройства представлена на рисунке?

1) Однофазный мостовой выпрямитель с активно-емкостной нагрузкой.

2) Удвоитель напряжения.

3) Однофазный однополупериодный выпрямитель.

4) Однофазный выпрямитель со средней точкой.

Вопрос № 34 Укажите номер правильного ответа

Какой параметр характеризует основное назначение схемы?

1) Коэффициент стабилизации.

2) Коэффициент сглаживания.

3) Коэффициент пульсаций.

4) Коэффициент гармоник.

Вопрос № 35 Укажите номер правильного ответа

Какой процесс иллюстрирует приведенная эпюра напряжения?

1) Двухполупериодное выпрямление напряжения,

2) Однополупериодное выпрямление напряжения.

3) Фазоимпульсное регулирование напряжения.

4) Широтно-импульсное регулирование напряжения.

Вопрос № 36 Укажите номер правильного ответа

Для какого логического элемента приведена таблица истинности?

Вопрос № 37 Укажите номер правильного ответа

Какое логическое устройство предназначено для хранения информации в двоичном коде?

Вопрос № 38 Укажите номер правильного ответа

На каком рисунке изображен асинхронный RS-триггер?

4) На всех рисунках,

Вопрос № 39 Укажите номер правильного ответа

Логическая структура какого устройства показана на рисунке?

3) Регистр последовательный.

4) Счетчик суммирующий;

Вопрос № 40 Укажите номер правильного ответа

Какое устройство выполняет функцию преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня?

1) Однофазный выпрямитель.

2) Автономный инвертор напряжения.

3) Конвертор напряжения.

4) Инвертор напряжения, ведомый сетью.

Операционные усилители (на основе простейших примеров): часть 1

В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями.
Начнем сначала. Операционный усилитель — это такая «штука», которая позволяет всячески оперировать аналоговыми сигналами. Самые простейшие и основные — это усиление, ослабление, сложение, вычитание и много других (например, дифференцирование или логарифмирование). Абсолютное большинство операций на операционных усилителях (далее ОУ) выполняются с помощью положительных и отрицательных обратных связей.
В данной статье будем рассматривать некий «идеал» ОУ, т.к. переходить на конкретную модель не имеет смысла. Под идеалом подразумевается, что входное сопротивление будет стремиться к бесконечности (следовательно, входной ток будет стремиться к нулю), а выходное сопротивление — наоборот, будет стремиться к нулю (это означает, что нагрузка не должна влиять на выходное напряжение). Также, любой идеальный ОУ должен усиливать сигналы любых частот. Ну, и самое важное, коэффициент усиления при отсутствующей обратной связи должен также стремиться к бесконечности.

Ближе к делу

Операционный усилитель на схемах очень часто обозначается равносторонним треугольничком. Слева расположены входы, которые обозначены «-» и «+», справа — выход. Напряжение можно подавать на любой из входов, один из которых меняет полярность напряжения (поэтому его назвали инвертирующим), другой — не меняет (логично предположить, что он называется неинвертирующий). Питание ОУ, чаще всего, двуполярное. Обычно, положительное и отрицательное напряжение питания имеет одинаковое значение (но разный знак!).
В простейшем случае можно подключить источники напряжения прямо ко входам ОУ. И тогда напряжение на выходе будет расчитываться по формуле:
image, где image— напряжение на неинвертирующем входе, image— напряжение на инвертирующем входе, image— напряжение на выходе и image— коэффициент усиления без обратной связи.
Посмотрим на идеальный ОУ с точки зрения Proteus.
image
Предлагаю «поиграть» с ним. На неинвертирующий вход подали напряжение в 1В. На инвертирующий 3В. Используем «идеальный» ОУ. Итак, получаем: image. Но тут у нас есть ограничитель, т.к. мы не сможем усилить сигнал выше нашего напряжения питания. Таким образом, на выходе все равно получим -15В. Итог:
image
Изменим коэффициент усиления (чтобы Вы мне поверили). Пусть параметр Voltage Gain станет равным двум. Та же задача наглядно решается.
image

Реальное применение ОУ на примере инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Есть два таких основных правила:
I. Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы дифференциальное напряжение (разность между напряжением на инвертирующем и неинвертирующем входах) было равно нулю.
II. Входы ОУ не потребляют тока.
Первое правило реализуется за счет обратной связи. Т.е. напряжение передается с выхода на вход таким образом, что разность потенциалов становится равной нулю.
Это, так сказать, «священные каноны» в теме ОУ.
А теперь, конкретнее. Инвертирующий усилитель выглядит именно так (обращаем внимание на то, как расположены входы):
image
Исходя из первого «канона» получаем пропорцию:
image, и немного «поколдовав» с формулой выводим значение для коэффициента усиления инвертирующего ОУ:
image
Приведенный выше скрин в комментариях не нуждается. Просто сами все подставьте и проверьте.

Следующий этап — неинвертирующий усилитель.
Тут все также просто. Напряжение подается непосредственно на неинвертирующий вход. На инвертирующий вход подводится обратная связь. Напряжение на инвертирующем входе будет:
image, но применяя первое правило, можно утверждать, что
image
И снова «грандиозные» познания в области высшей математики позволяют перейти к формуле: image
Приведу исчерпывающий скрин, который можете перепроверить, если хотите:
image

Пара интересных схем

Напоследок, приведу парочку интересных схем, чтобы у Вас не сложилось впечатления, что операционные усилители могут только усиливать напряжение.

image

Повторитель напряжения (буферный усилитель). Принцип действия такой же, как и у транзисторного повторителя. Используется в цепях с большой нагрузкой. Также, с его помощью можно решить задачку с согласованием импедансов, если в схеме есть нежелательные делители напряжения. Схема проста до гениальности:

Суммирующий усилитель. Его можно использовать, если требуется сложить (отнять) несколько сигналов. Для наглядности — схема (снова обращаем внимание на расположение входов):
image
Также, обращаем внимание на то, что R1 = R2 = R3 = R4, а R5 = R6. Формула расчета в данном случае будет: image(знакомо, не так ли?)
Таким образом, видим, что значения напряжений, которые подаются на неинвертирующий вход «обретают» знак плюс. На инвертирующий — минус.

Заключение

Схемы на операционных усилителях чрезвычайно разнообразны. В более сложных случаях Вы можете встретить схемы активных фильтров, АЦП и устройств выборки хранения, усилители мощности, преобразователи тока в напряжение и многие многие другие схемы.

Список источников

Краткий список источников, который поможет Вам быстрее освоится как в ОУ, так и в электронике в целом:
Википедия
П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники»
Б. Бейкер. «Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике»
Конспект лекций по электронике (желательно, собственный)
UPD.: Спасибо НЛО за приглашение

  • ОУ
  • операционные усилители
  • электроника
  • начинающим

Сигналы — математические (арифметические) операции. Сложение, суммирование, вычитание, инвертирование. Сложить напряжение / силу тока, вычесть, суммировать

Потребность выполнять различные математические операции с сигналами возникает при проектировании измерительной аппаратуры и систем автоматического управления. Примеры схем, использующих арифметические операции:

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Далее будут обсуждаться операции над напряжением сигнала. Чтобы выполнить операции над значением силы тока, нужно сначала преобразовать силу тока в напряжение с помощью шунта или токового трансформатора и операционного усилителя, потом выполнить нужную операцию над напряжением, а потом преобразовать обратно.

Инвертирование

Чтобы получить на выходе напряжение, равное входному, но с обратным знаком (инвертировать), применяется инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления -1 на основе операционного усилителя.

Резисторы на схеме равны между собой.

Понять принцип работы этой схемы просто, если вспомнить, что операционный усилитель имеет очень большой коэффициент усиления. Чтобы на его выходе было напряжение, отличное от напряжения насыщения, напряжения на его инвертирующем и неинвертирующем входах должны быть практически равны, иначе он войдет в насыщение. Таким образом отрицательная обратная связь обеспечивает равенство напряжений на входах усилителя. Напряжение на выходе операционника будет таким, чтобы на его инвертирующем входе напряжение было рано 0 также, как на неинвертирующем.

Отсюда на выходе будет напряжение, равное напряжению на входном резисторе, но с обратным знаком.

Суммирование, сложение

Все резисторы в схеме выбираются с одинаковым сопротивлением.

Чтобы на инвертирующем входе операционного усилителя сформировалось нулевое напряжение нужно, чтобы на выходе напряжение было равно сумме напряжений на входных резисторах, взятой с обратным знаком.

Если на выходе необходимо получить неинвертированную сумму напряжений, то можно использовать другую схему:

В этой схеме сумматора напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя равно среднему арифметическому входных напряжений. Действительно, пусть U — напряжение на неинвертирующем входе, тогда:

([U1] — [U]) / R + ([U2] — [U]) / R + ([U3] — [U]) / R = 0

[U1] + [U2] + [U3] = 3 * [U]

[U] = ([U1] + [U2] + [U3]) / 3

Чтобы на выходе получить сумму напряжений, нужно получить коэффициент усиления, равный 3, то есть выбрать R1, равным 2 * R.

Если используется n входных сигналов, то R1 = (n-1) * R.

Для операционных усилителей с высоким входным сопротивлением сопротивление резистора R выбирается от сотен килоом до единиц МОм.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

11. Операционные усилители

Операционным усилителем (ОУ) называют дифференциальный уси­литель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, пред. назначенный для выполнения различных операций над электрически­ми сигналами при работе в схемах с отрицательной обратной связью. Обычно операционный усилитель имеет 3 — 4 дифференциальных балансных каскадов, в качестве выходного каскада обычно использу­ется бестрансформаторный усилитель мощности. Коэффициент уси­ления ОУ достигает 10 6 . Операционные усилители изготавливаются в виде интегральных микросхем различных серий, например, серии К140. ОУ имеет два входа: неинвертирующий (Н) и инвертирующий (И). Их названия связаны с тем, что в первом случае входное напряжение находится в фазе с выходным, а во втором случае — в противофазе.

Условное графическое обозначение ОУ приведено на рис. 3.36. Знач­ки «О оо » символизируют наличие очень большого коэффициента уси­ления у операционного усилителя. Для питания ОУ обычно используют два разнополярных источника питания -КЕп[ и ~Еп^ Основными харак­теристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики.

Амплитудные характеристики операционного усилителя на мик­росхеме К140УД8 по неинвертирующему входу приведена на рис. 3.37, на котором видно смещение нуля С/см « 1 мВ. Смещение нуля следует принимать во внимание при применении ОУ. При больших значени­ях коэффициента усиления микросхемы необходимо балансировать [/ вручную с помощью балансировочного резистора.

Параметры, характеризующие работу операционных усилителей, подразделяются на статические и динамические.

К основным статическим параметрам ОУ относятся:

  1. коэффициент усиления по напряжению (Кц=104+106);
  2. входное сопротивление ( Двх=10 4 -г10 7 Ом);
  3. выходное сопротивление ( RBhlx « 10 2 Ом);
  4. входное напряжение смещения нуля (UCM — единицы милливольт). К основным динамическим параметрам ОУ следует отнести:

1) частота единичного усиления/[, т.е. частота на которой Kv=l (/[— единицы и десятки мегагерц);

  1. скорость нарастания выходного напряжения (VUbhxy~ 0,1 ^ 100 В/мкс);
  2. время установления выходного напряжения (X =0,05 ■*■ 2 мкс). Для построения различных усилителей применяют операционные

усилители с отрицательной обратной связью. В зависимости от того, на какой из входов подается усиливаемое напряжение, различают не-инвертирующий и инвертирующий усилители В неинвертирующем усилителе (рис.3.38) входное напряжение под­ается на неинвертирующий вход, а с выхода усилителя через делитель £j, R2 на инвертирующий вход подается напряжение отрицательной обратной связи. Обычно выполняются условия R2 >:> ЯВЬ1Х и RlRBX. Для идеального ОУ ( Kv =oo, Rbx~ со , RBbW-0 ) коэффициент усиления неинвертирующего усилителя можно найти из следующего соотношения: 12 На основе ОУ можно построить устройства, выполняющие любые математические операции, например,сумматоры. Для этого несколько входных сигналов (например, три на рис.3.40) через резисторы с одинаковыми сопротивлениями R\ одновременно подаются на инвертирующий вход ОУТаким образом-, выходное напряжение пропорционально сумме входных напряжений На рис. 3.41 изображена схема дифференцирующего усилителя. Нетрудно показать, что для идеального ОУ: ix=C duBX/dt, а 12-ивых ^ поэтому, учитывая, что/j ~- i2 , получим Для интегрирующего усилителя (интегратора) (рис.3.42) справедливы соотношения: I] Как будет показано в гл 4, интеграторы часто используются в генераторах линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), так как при подаче на их вход постоянного напряжения, на выходе интегратора можно получить линейно-изменяющееся напряжение

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *