fon5

Работа схем на ОУ от однополярного напряжения питания.

Обычно операционный усилитель (ОУ) питается от двуполярного источника, при этом плюс и минус питания поступают на выводы питания ОУ, а средняя точка (ноль, GND, земля) служит для гальванического соединения с ней входов по постоянному току. С другой стороны, такую схему можно рассматривать, как однополярную схему питания с источником напряжения смещения, равного половине питающего напряжения, и подаваемого на входы ОУ. Такой подход к делу позволяет использовать ОУ в схема с однополярным питанием.

cx oy1

На рисунке 1 показана схема, в которой ОУ питается от однополярного источника питания 9V, а на его инверсный вход поступает смещение, равное половине напряжения питания, с делителя на резисторах R2 и R3, а на прямой - с потенциометра R1.
В этой схеме, так и в последующих, V1, V2, V3 обозначают показания на вольтметре или вольтмерах, измеряющие постоянное напряжение. Это могут быть стандартные мультиметры, причем не обязательно чтобы их было три, - вполне достаточно одного, подключаемого поочередно в разные части схемы.
Регулируя V1, можно обратить внимание, как изменяется V3 на выходе. Происходит это скачкообразно. Когда напряжение на V1 большеV2 - V3 максимально, а когда V1 меньше V2 - V3 минимально. Есть еще весьма нестабильная часть: когда V1 равно V2, тогда V3 равно около половины напряжения питания. Но стоит немного отклониться от этого хрупкого равновесия, то V3 либо резко падает, либо резко растет.

cx oy2

В схеме на рис.2 можно регулировать напряжение на входах ОУ раздельно с помощью разных переменных резисторов. Поэкспериментировав с напряжениями V1 и V2 можно заметить, что V3 зависит не столько от фактических величин V1 и V2, а от их разницы. Если V1 > V2, то V3 будет большим. Но если V2 > V1 - V3 будет малым.
Эта схема демонстрирует работу компаратора. Фактически компаратор - это ОУ в режиме максимального усиления, не ограниченного цепями отрицательной обратной связи (ООС). А усиливает ОУ, по напряжению, разность потенциалов между входами. ООС осуществляется подачей напряжения с выхода ОУ на его инверсный вход.

cx oy3

Следующая схема (рис.3) работает со 100% ООС, при которой выход ОУ непосредственно соединен с его инверсным входом. В таком случае ОУ не дает усиления по напряжению и V2 = V1, но дает усиление по силе тока. Эта схема - повторитель.
Итак, есть два варианта: когда инверсный вход не связан с выходом ОУ - при этом коэффициент усиления по напряжению (Ку) максимальный, и инверсный вход непосредственно соединен с выходом - Ку равен единице. Чтобы построить на основе ОУ усилитель напряжения, нужен Ку где-то между максимальным и единичным.

На рисунке 4 показана схема с резисторами R2 и R3 в цепи ООС. Но, в отличие от типовой схемы с двухполярным питанием, резистор R2 соединен не с «нулем», а с «минусом» питания. Тем не менее усилитель работает. Это можно проверить по изменению V1 и V2, хотя и зависимость Ку от входного напряжения (V1) получается нелинейной (Ку снижается при V1 ниже половины напряжения питания).

cx oy4

Чтобы получить равномерный коэффициент усиления нужно сделать схему по рисунку 5.
Здесь резисторы R2 и R3 образуют делитель, подавая на инверсный вход ОУ смещение, равное половине напряжения питания. А резистор R4, подключенный к выходу ОУ, изменяет это смещение, подавая в эту точку напряжение с выхода ОУ.
Если поменять местами прямой и инверсный входы (рис.6) усилитель превратится в триггер Шмитта. Регулируя V1 и наблюдая за V2 можно заметить, что теперь, в отличие от компаратора, есть два порога V1. При одном пороге напряжение V2 становится минимальным, а при другом пороге - V2 максимальное. При этом изменение напряжения V1 в диапазоне между этими порогами ни к каким изменениям V2 не приводят.

На рисунке 7 показана схема УНЧ на основе ОУ, питающегося от однополярного источника питания. Сигнал НЧ поступает на инверсный вход ОУ через конденсатор С1. Резисторы R3 и R4 образуют цепь ООС, которая устанавливает коэффициент усиления.
cx oy5 Величина Ку, как и в схеме с двуполярным питанием, зависит от соотношения резисторов R3 и R4. Но, чтобы ОУ мог работать в схеме с однополярным питанием, на его прямой вход подается смещение, равное половине напряжения питания, полученное с помощью резисторов R1 и R2.
Усилитель нагружен высокоомными наушниками НТ1 («Тон» или аналогичными). Их можно подключить к выходу и подать на УНЧ сигнал или просто прикоснуться пальцем к выводу С1, при этом в наушниках будет слышен усиленный сигнал НЧ или фон переменного тока.

Рис. 8 - это схема неинвертирующего усилителя на ОУ с однополярным питанием.
Здесь сигнал подается на прямой вход ОУ, то есть прямо на точку соединения резисторов R1 и R2, создающих смещение на прямом входе ОУ. А цепь ООС «заземлена» по переменному току через конденсатор С2.

cx oy6

Рис.9 - рабочая схема УНЧ на ОУ с миниатюрным динамиком на выходе.
Выход УНЧ усилен с помощью каскада на транзисторе VT1. На его базу подается сигнал с выхода ОУ, а в его коллекторной цепи включен динамик. С эмиттера снимается напряжения для подачи ООС на инверсный вход ОУ.
Чувствительность УНЧ зависит от соотношения сопротивлений резисторов R1 и R2. На вход УНЧ можно подать сигнал, например, с выхода МП-3 плеера, и прослушивать его на динамик В1. Динамик подойдет практически любой, сопротивление которого не ниже 8 Ом или не выше 30 Ом.
Во всех схемах в качестве источника питания можно использовать батарею типа «Крона» или любой лабораторный источник питания с выходным напряжением 8-12V.
Операционный усилитель LM741 можно заменить практически любым, например, К140УД6.

Иванов И.

РК 2015/02

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet