Аналогові обчислювальні електронні машини

1.1.Загальні поняття.

В аналогових обчислювальних машинах для виконання математичних операцій зазвичай використовують операційні підсилювачі.

Операційний підсилювач (ОП) являє собою електронний підсилювач постійного струму з великим коефіцієнтом підсилення (приблизно 10⁵-10⁶) та глубоким негативним зворотнім зв¢язком, який дозволяє забезпечити стабільну роботу та зменшити вплив дрейфу нуля.

Для зменшення впливу вхідного струму i_вх на роботу ОП він повинен володіти великим вхідним опором, а для узгодження його вихідного сигналу із навантаженням – малий вихідний опір. Такий розподіл опорів дає можливість мати рівень вихідної напруги рівною нулю при U_вх=0.

Так як кожен каскад ОП змінює знак підсилюваного сигналу на протилежний, то зазвичай використовують непарне число каскадів, тобто U_вих має обернений знак U_вх, що дозволяє будувати більш гнучку схему та створювати кола зворотнього зв¢язку (рис.1.1), які будуть стабілізувати роботу підсилювача.

R_зв

R_вх

U_вх U¢_вх U_вих

Рис.1.1.Структурна схема ОП

Для підсилювача, зображеного на рис.1.1 можна записати:

U_вих = - КU_вх (1.1)

де К – коефіцієнт підсилення підсилювача без зворотнього зв¢язку.

Головними властивостями операційних підсилювачів є:

1)Для контура, створеного U_вх,U_Rзв та U_вих на основі другого закону Кірхгофа можна записати:

U_вх=U_вих + U_зв (1.2)

Так як К>>1, то із виразу (1.2) випливає, що U_вих>>U_вх, тобто величина U_вх значно менша величини U_вих і нею можна знехтувати. Тоді отримуємо:

U_вих» - U_зв (1.3)

Даний вираз і є першою властивістю операційних підсилювачів, яке формулюється так: вихідна напруга операційного підсилювача рівна напрузі на елементі зворотнього зв¢язку, взятому із оберненим знаком.

2) Для контура з напругами U_вх, U_R1, U_R0, U_вих по другому закону Кірхгофа маємо U_вх = U_R1 + U_зв + U_вих.Виходячи із умов, що дозволили отримати вираз (1.3), можна записати U_вх» U_R1.

Таким чином, вхідна напруга операційного підсилювача майже повністю виділяється на його вхідному елементі. Це друга властивість ОП.

Розглянемо далі основні схеми операційних підсилювачів.