Основные схемы включения операционных усилителей

Общие сведения. Операционный усилитель — многофункциональный схемный элемент, который используется в различных электронных устройствах. ОУ относятся к линейным усилителям. Верхний предел напряжения U_Bblx ограничен постоянным напряжением источника питания U_u. При значениях U_BX, при которых t/рых ⁼ KU_BX > U_n, произойдет ограничение выходного сигнала по максимуму U_u возникнут линейные искажения. При напряжениях U_Bblx, меньших U_n на 1—2 В, возникает опасность попадания в режим насыщения транзисторов ОУ, что также приведет к ограничению и нелинейным искажениям.

При напряжении U_u = ±(5—15) В и коэффициенте усиления ОУ, равном десяткам и сотням тысяч, на вход ОУ подается напряжение, равное сотням и даже десяткам милливольт.

Таким образом, большой коэффициент усиления ОУ обеспечивает большую чувствительность, т.е. способность усиливать очень слабые сигналы. Большой коэффициент усиления способствует усилению наряду с полезными сигналами различных помех на входе — шумов, наводок фона переменного тока. Однако несмотря на это, в ОУ стремятся получить по возможности большой коэффициент усиления.

Главное достоинство ОУ с большим коэффициентом усиления — возможность применения глубокой ООС. Благодаря большому коэффициенту усиления на основе ОУ можно строить схемы, свой-

ства которых будут практически определяться особенностями схем ООС. Универсальность применения ОУ базируется на возможности получать разнообразные передаточные и частотные характеристики введением в ОУ цепей внешних обратных связей (ОС).

Таким образом, практические схемы ОУ строят на основе охвата ОУ внешними цепями ООС, которые определяют возможности применения данной схемы в целом в качестве усилителя, генератора, умножителя, активного фильтра и т.д. Все это обусловило большое разнообразие схем, созданных на основе ОУ.

Операционный усилитель (ОУ) является основным элементом электронных устройств, в том числе аналоговых вычислительных машин, в составе которых ОУ выполняют алгебраическое суммирование, интегрирование, дифференцирование и другие операции над аналоговыми величинами. Тип операции целиком определяется параметрами и видом нелинейности внешних по отношению к ОУ элементов обратных связей. Операционный усилитель в сочетании с многополюсником обратной связи называют решающим усилителем.

Схемы включения ОУ можно разделить по следующим признакам:

• — по способу подачи входного сигнала на неинвертирующий и на инвертирующий входы;
• — по способу ввода сигнала отрицательной обратной связи (ООС) (последовательный и параллельный);
• — по типу элементов (компонентов) во входных цепях и цепях обратной связи ОУ (активные и пассивные).

Операционные усилители с пассивными элементами в цепях обратной связи осуществляют некоторые математические операции, например масштабное усиление, суммирование, вычитание, интегрирование, дифференцирование, умножение на постоянный коэффициент и др., при любом из способов подачи входного сигнала и вводе сигнала ОС. В качестве пассивных элементов используются резисторы и конденсаторы или пассивные линейные цепи RC-типа (дифференцирующие и интегрирующие), а также комплексные варианты соединений резисторов.

При включении в цепи ОС активных элементов операционный усилитель преобразуется в нелинейный преобразователь электрических сигналов с нелинейной амплитудной характеристикой, аналогичной амплитудной характеристике активных элементов в цепях обратной связи ОУ.

Усилители с нелинейной амплитудной характеристикой, так же как и ОУ с пассивными элементами в цепях ОС, могут иметь различные способы подачи входного сигнала и ввода сигнала обратной связи. В качестве элементов с нелинейной амплитудной характеристикой применяются диоды, стабилитроны, транзисторы и комплексные схемные соединения на основе этих элементов с пассивными элементами, т.е. компоненты. Такие схемы включения ОУ позволяют выполнять следующие математические операции: логарифмирование, возведение в степень, перемножение, нахождение тригонометрических функций, а также логическое ограничение сигнала по амплитуде.

Рассмотрим некоторые примеры построения схем типового включения ОУ на основе ИМС в узлах электронной аппаратуры.

Инвертирующий усилитель, как следует из названия, осуществляет инверсию фазы (полярности) входного сигнала. Рассмотрим общий принцип применения ОУ на примере простейшего инвертирующего усилителя (рис. 13.41, а). Как следует из названия,

инвертирующий усилитель усиливает сигнал и изменяет фазу входного напряжения на 180°. Входной сигнал U_T подается в этой схеме на инвертирующий вход с резистором в цепи входа R1, а неинвертирующий вход заземляется (на корпус). Усилитель охвачен параллельной отрицательной ОС через резистор обратной связи R_oc. Нетрудно убедиться, что эта ООС параллельная и по напряжению. Связь отрицательная, так как U_oc в противофазе с U_BX из-за инверсии входного сигнала. Параллельная связь, так как при отключении U_BX сигнал U_QC остается на инвертирующем входе. Определим его коэффициент усиления К = U_BUX/U_r В соответствии с формулой

где К — коэффициент усиления ОУ без обратной связи; (3 = ?/_0С/?/_ВЬ|Х — коэффициент обратной связи.

Примем, что ОУ обладает параметрами, близкими к идеалу, т.е.

^Лвх = °°> ^Лвых = °> ^тогда 'вх = ⁰ и /| = >2-

Рассмотрим замкнутый контур: «вход—резистор R_oc—выход» и

определим из него напряжение, передаваемое с выхода усилителя на его вход через делитель, состоящий из резисторов R1 и R_oc

тогда коэффициент передачи цепи обратной связи будет определяться по формуле

а коэффициент усиления усилителя с отрицательной ОС по формуле

1

Следовательно, ООС снижает коэффициент усиления по напряжению в 1 + рАГраз. При глубокой (100%) ООС, когда рАГ :»1, единицей в знаменателе по сравнению с АГр можно пренебречь. Тогда

Это свидетельствует о слабой зависимости показателей самого ОУ от параметров транзисторов. Полученное выражение определяет возможность применения ОУ. Оно показывает, что при введении в ОУ обратной связи коэффициент усиления ОУ зависит только от параметров цепи ОС и не зависит от параметров самого ОУ, а также от температуры и других факторов.

Рассмотрим вариант подачи на инвертирующий вход положительного по отношению к общей шине (корпус) напряжения входного сигнала и соответственно получим направления тока, показанные на рис. 13.41, а. Учитывая свойство ОУ /?_вх = оо, можно сделать вывод о том, что ток, потребляемый на входе ОУ, стремится к нулю (/_вх = 0), т.е. ток входной цепи ОУ отсутствует. Отсюда можно сделать вывод, что весь ток входной цепи протекает через R_oc и создает на нем падение напряжения, полярность которого показана на рис. 13.41, а. Итак, можно сделать вывод, что полярность сигнала на выходе ОУ противоположна полярности сигнала на входе ОУ, входной сигнал инвертируется на выходе ОУ. Поэтому в формуле для определения коэффициента усиления ОУ добавляется «минус»:

Для сохранения большого входного сопротивления ОУ (рис. 13.41, а) значение R_oc принимают значительно большим, чем U1, тогда можно упростить формулу для коэффициента усиления, которая будет иметь вид Кр » R_QJR. Следует отметить, что принятые допущения дают результаты, близкие к реальным. Такой усилитель называют масштабным инвертирующим, так как коэффициент усиления зависит от масштаба соотношений R1 и R_oc.

При усилении переменного напряжения схема включения ООС остается такой же, однако, если требуется усилить только переменную составляющую сигнала без постоянной составляющей, в цепь включают разделительный конденсатор С, емкость которого зависит от низшей частоты сигнала и сопротивления резистора R1 (рис. 13.41, б).

Если принять R_oc = Rl, то схема преобразуется в инвертирующий повторитель напряжения с коэффициента усиления Кр = — 1, где знак «минус» указывает на то, что выходное напряжение 17 находится в противофазе с напряжением U_BX.

Одним из применений инвертирующего усилителя является одновременное усиление нескольких напряжений путем увеличения числа входов ОУ с разными внешними резисторами (рис. 13.41, в). Такое схемное решение включения ОУ называется суммирующим усилителем или инвертирующим сумматором.

Неинвертирующий усилитель (рис. 13.42, а) содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, так как сигнал обратной связи подается по инвертирующему входу. Связь последовательная, так как при обрыве источника входного сигнала U на неинвертирующем входе сигнал отсутствует, поскольку отсутствует сигнал обратной связи. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ. В результате сигнал обратной связи 17 и входной сигнал U действуют в фазе, что уменьшает коэффициент усиления ОУ. При равенстве сигналов на входах ОУ (инвертирующий U и неинвертирующий U_H, т.е. U = U ) напряжение между входами равно нулю U₀ = 0 и можно считать, что весь ток I течет по цепи обратной связи, т.е. выходное напряжение приложено

к цепи из R1 и R_oc. Аналогично можно рассуждать, рассматривая выполнение идеального условия ОУ /?_вх = оо, при котором ток также протекает только по цепи из R1 и R_nr:

Если отсутствует входной сигнал U_BX = 0, т.е. вход замкнут, напряжение во входной цепи между инвертирующим и неинвертирующим входами равно U_BX = IR. Отсюда определяем коэффициент усиления ОУ

и входное сопротивление усилителя

где R_BX ДИф — входное дифференциальное сопротивление ОУ.

Таким образом, коэффициент усиления ОУ зависит только от элементов обратной внешней связи. Однако в этой схеме нельзя допустить, чтобы сопротивление R1 было очень мало, так как в данной схеме резистор R1 должен быть больше, чем резистор обратной связи R_oc.

При R_oc = 0 и R1 = оо коэффициент усиления ОУ К^= 1 и схема преобразуется в повторитель напряжения, так как при R_oc = О создается 100%-ная ООС по напряжению.

Главное достоинство неинвертирующего усилителя состоит в том, что у него резко увеличивается входное сопротивление благодаря последовательной ООС, и может достигать сотен мегаом, в то время как в схеме инвертирующего усилителя входное сопротивление уменьшается за счет параллельной ООС.

Для усиления переменного тока применяется схема на рис. 13.42, б. Основные соотношения остаются те же, что и для усиления постоянного напряжения. Следует учесть, что наличие двух конденсаторов С1 и С2 увеличивает коэффициент частотных искажений. Резистор R2 устанавливается для компенсации постоянной составляющей входного тока ОУ и должен иметь очень большое сопротивление, чтобы не шунтировать большое сопротивление ОУ.

На основе неинвертирующего ОУ можно также построить схему неинвертирующего сумматора (рис. 13.42, в).

Инвертирующий сумматор (см. рис. 13.41, в) построен по тип) инвертирующего усилителя (см. рис. 13.41, а) с числом параллельных ветвей на входе, равным числу сигналов, предназначенных для сложения. Сопротивления резисторов принимаются одинаковыми

^ПР^И 4х ОУ ^{= 0 имеем 7}ос = ! + h + - + К ^или ^вых ⁼ -(^1 + + U₂ + .... + U_n). Формула выходного напряжения отражает равноправное весовое участие слагаемых в этой сумме, что означает прямо пропорциональную зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды каждого входного напряжения. Суммирование может производиться и в соответствии с весовыми коэффициентами для каждого из слагаемых:

Это достигается подбором значений сопротивлений резистороЕ во входных ветвях.

Неинвертирующий сумматор (рис. 13.42, в) построен по тип) неинвертирующего усилителя (рис. 13.42, а) с числом параллельных ветвей на входе, равным числу сигналов, предназначенны> для сложения.

При U₀ = 0 (рис. 13.42, в) напряжение на обоих входах ОУ равны и составляют

При токе по неинвертирующему входу, равном нулю (/?_{вх оу} = = оо), имеем

D1

или U. + U- + ... + U =п———и ,

^{1 2 п} RX + R ^ВЬ1Х

ос

отсюда выходное напряжение определяется по формуле

Параметры схемы выбираются при условии R + R_nc/nR 1 = 1.

Дифференцирующий усилитель (дифференциатор) строится на основе ОУ и дифференцирующей RC-цепочки в цепи обратной связи (рис. 13.43, а). Такую операцию выполняет инвертирующий усилитель с 100%-ной последовательной ООС по напряжению и с дифференцирующей RC-цепочкой, в которой U снимается с резистора R. Напряжение на выходе пропорционально дифференциалу от входного напряжения.

Основной недостаток дифференцирующей RC-цепи состоит в том, что она разлагает однополярный сигнал на два двухполярных. Однако в качестве рабочего обычно используют импульс только одной полярности, что особенно важно при усилении импульсных сигналов постоянного тока. Например, при положительном импульсе на входе дифференцирующего ОУ отрицательный импульс является паразитным, поэтому на выходе RC-цепи устанавливается диодный ключ для исключения одного из двухполярных сигналов (в рассмотренном примере — отрицательного импульса). Частично этот недостаток устраняется с помощью ОУ, у которого на входе установлен дифференциальный двухтактный каскад усиления.

Так как входное сопротивление ОУ достаточно велико, то все входное напряжение приложено к RC-цепи (RC_oc), следовательно, и весь ток заряда конденсатора протекает через R_oc, т.е. из формулы Iq + /_R = 0 можно определить ток, протекающий через ре- зистор /_Roc = -1_С.

Зная свойство дифференцирующей цепи (выходное напряжение снимается с резистора, и в начальный момент времени при ‘ = 0 «вы* = «вх = Ur), ^можно определить ?/_вых = -U_BXe~'/

где т = R_ocC, а знак «минус» указывает на инверсию фазы выходного сигнала по отношению к фазе входного сигнала. Коэффициент усилителя ОУ равен

Так как с уменьшением частоты входного сигнала переменного тока сопротивление конденсатора С увеличивается, коэффициент усиления ОУ оказывается неодинаковым на разных частотах входного сигнала (на высоких частотах коэффициент усиления ОУ много больше, чем на низких). Эта особенность приводит к тому, что схема дифференциатора весьма восприимчива к случайным высокочастотным помехам, а также и неустойчива в работе.

Для устранения этого недостатка схему дифференцирующего усилителя усложняют, вводя в нее последовательно с конденсатором низкоомный резистор R1, что несколько снижает коэффициент усиления ОУ (рис. 13.43, б) и ограничивает процесс дифференцирования до определенной частоты входного сигнала coj = l/Rl Cl. Кроме того, в цепь обратной связи добавляют конденсатор С_ос, который ограничивает диапазон усиления от coj = 1/Л1С1 до со₂ = l/R2C_oc и преобразует схему дифференциатора в интегратор на частотах выше со₂ ⁼ 1 //?2С_ос.

На примере схемы ОУ как дифференцирующего устройства рассмотрим возможные изменения, которые можно внести при построении схемных устройств на ОУ. На рис. 13.43, в, представлена схема дифференцирующего устройства, в которой применена последовательная ООС. Такой вид ООС может быть использован при построении как ранее рассмотренных, так и других схем включения ОУ. Последовательная ООС в данной схеме создана за счет включения дополнительного резистора R3 в цепи ОС, что в совокупности с резистором R_oc образует делитель напряжения, который делит сигнал ОС. Таким образом, в схеме создается частичная последовательная обратная связь по напряжению, сигнал которой снимается с резистора R3. Формулы расчета параметров данного вида дифференцирующего усилителя с последовательной ООС, такие же, как и для схемы на рис. 13.43, а, но постоянную времени цепи дифференцирования т вычисляют по формуле

В рассматриваемой схеме в цепи входа ОУ, который соединен с общей шиной, установлен резистор R4, практически не влияющий на коэффициент усиления ОУ, но уменьшающий влияние временных и температурных колебаний входных токов на выходной сигнал. Сопротивление в этой цепи (в данном примере R4) должно быть таким же, как сопротивления, подключенные к входам ОУ (в данном примере R4 = R3 = R_oc). Данное схемотехническое решение может быть использовано и в других схемах включения ОУ.

Интегрирующий усилитель (интегратор) строится на основе ОУ и интегрирующей RC-цепочки в цепи обратной связи (рис. 13.44). Такую операцию выполняет инвертирующий усилитель с интегри

рующей RC-цепочкой, в которой U_oc снимается с конденсатора С. Напряжение на выходе пропорционально интегралу от входного напряжения.

Зная свойства интегрирующей цепи (выходное напряжение при t = О равно напряжению на входе), можно определить коэффициент усиления ОУ, где знак «минус» отражает процесс интегрирования по инвертирующему входу ОУ:

Рис. 13.44. Схема включения ОУ как интегрирующего устройства (интегратора)

Таким образом, и в данной схеме включения ОУ сигнал на выходе зависит только от внешних цепей обратных связей, т.е. его величина и процесс усиления полностью аналогичен процессу функционирования формирующих цепей, осуществляющих обратную связь.

Логарифмические усилители относятся к усилителям с нелинейной амплитудной характеристикой.

Для построения схемы логарифмического усилителя в цепях ОС используют полупроводниковые диоды или транзисторы, так как их вольт-амперные характеристики имеют нелинейный характер и близки к логарифмическим:

где /_дт — тепловой ток диода; /_Эт — тепловой ток эмиттерного перехода; ср_т — температурный потенциал.

Формулы справедливы и для обратного смещения переходов со знаком «минус» в показателе степени (е^эь/^т -1).

Схемы логарифмических усилителей приведены на рис. 13.45, где в качестве элемента обратной связи используется диод (рис. 13.45, а) и транзистор в диодном включении (рис. 13.45, б).

Учитывая, что сигнал обратной связи поступает на инвертирующий вход ОУ, получим напряжение на выходе

где /₀ — ток обратной связи (для диода обратный ток — /_об , а для транзистора /_{ЭБ обр} — обратный ток в эмиттерном переходе).

Таким образом, выходное напряжение в логарифмическом усилителе является логарифмом входного напряжения.

Аналогично можно рассмотреть схему с транзистором в цепи ОС операционного усилителя в транзисторном включении (рис. 13.45, в). Конденсатор С устанавливается для уменьшения наводок при работе схемы с медленно изменяющимися сигналами, а резистор R1 — для задания режима класса Л В работы транзистора, включенного по схеме с ОБ.

Качество логарифмирования входного сигнала зависит от нелинейной характеристики элементов в цепи обратной связи, логарифмическая зависимость которых четко проявляется на начальном участке характеристики при прямом смещении /?-я-перехода, и особенно, если используются диод или транзистор с переходом и барьером Шоттки.

В схеме усилителя-ограничителя на основе ОУ в цепи параллельной отрицательной обратной связи применяются активные элементы, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику (диоды, транзисторы, стабилитроны).

На рис. 13.46, а показан ограничитель с резисторным делителем в цепи обратной связи (R3 и R4) и диодный последовательный ограничитель, включенный параллельно резистору R2 в цепи обратной связи.

Дополнительное напряжение ?/, задает уровень порога (амплитуды) ограничителя входного сигнала. Напряжение подано на делитель напряжения R3 и R4. Падение напряжения на резисторе R3 (?/_R3):

при U_BX = 0 и U_BX < (У, служит обратным смещением на диоде VD и поддерживает его в исходном состоянии (без входного сигнала) закрытым.

Рис. 13.46. Диодный ограничитель отрицательного сигнала с инверсией и ограничением сверху на основе ОУ: а — схема; б — передаточная характеристика; в — графики входного и выходного напряжений

В данном случае коэффициент усиления ОУ определяется только сопротивлениями резисторов R1 и R2: = — R2/RX.

Схема усилителя-ограничителя построена для ограничения отрицательного входного сигнала по инвертирующему входу. Данное соотношение не изменится до тех пор, пока входной сигнал U_BX не превысит напряжение на резисторе R3 (Ife). Диод открывается, когда уровень входного сигнала вместе с сигналом ООС на инвертирующем входе ОУ превысит напряжение на резисторе R3 (t/_R3). В результате резисторы R2 и R3 включаются параллельно

(п R2R3 Л

и их суммарное сопротивление уменьшается I/<₂₃ =——— I, а ко-

R2R3

эффициент усиления ОУ становится равнымК₂ = ---—, т.е.

уменьшается. ⁺ ^

Часть выходного напряжения падает на резисторном делителе R3 и R4. Из выражения

где U_Bblx = — U_mR2/R — напряжение на выходе при открытии диода VD, получим

Таким образом, к диоду VD приложено напряжение:

Характеристика данного усилителя-ограничителя показана на рис. 13.46, б, из которой видно, что выходное напряжение продолжает изменяться при увеличении входного напряжения, только скорость этого изменения существенно уменьшается (точка а).

Чтобы выходное напряжение не росло при открытии диода VD, необходимо выполнить условие R3 <&: R2. В этом случае зависимость if j = cp(U_BX) представляется горизонтальной прямой (на рис. 13.46, б, штриховая линия). В открытом состоянии диода VD необходимо учитывать дифференциальное сопротивление электронно-дырочного перехода при прямом смещении (/*_диф _пр), тогда /?2»г_диф +R3. Данная схема является усилителем-ограничителем отрицательного входного сигнала с инверсией на выходе на основе ОУ и ограничением сверху. Графики входного и выходного напряжений в ОУ представлены на рис. 13.46, в.

Для ограничения отрицательного входного сигнала с инверсией на выходе на основе ОУ и ограничением снизу необходимо противоположное включение диода VD (рис. 13.47, а). Диод VD открыт до тех пор, пока U_BX < ?/_R3 и выходное напряжение равно (/_R3 = = U_BUX, так как диод шунтирует резистор R2.

При входном напряжении U_BX больше (/_R3 (U_BX > (7_R3) диод VD закрывается и коэффициент усиления равен К = — R2/R Таким образом, ОУ при закрытом диоде работает как усилитель, коэффициент усиления которого зависит от сопротивлений резисторов обратной связи R1 и R2. Графики входного и выходного напряжений ОУ представлены на рис. 13.47, в.

Рис. 13.47. Диодный ограничитель отрицательного сигнала с инверсией и ограничением снизу на основе ОУ: а — схема; б — передаточная характеристика; в — графики входного и выходного напряжений

Вместо диода можно включить биполярный транзистор (рис. 13.48, а), эмиттерный переход которого аналогичен переходу диода. Транзистор существенно улучшает характеристику усилителя- ограничителя и обеспечивает неизменный уровень выходного напряжения при больших изменениях входного сигнала. Преимущество такой замены заключается в том, что в этой схеме ток, протекающий через резистор R3 уменьшается (приблизительно в /*₂|_Э раз), соответственно уменьшается изменение выходного напряжения, которое поддерживает этот ток. Это связано с тем, что при прямом смещении эмиттерного перехода через R3 течет очень небольшой базовый ток.

Транзистор включен по схеме ОК. При таком включении транзистора и открытом эмиттерном переходе, ток /_э = /_Б и на выходе ОУ сигнал обратной связи практически не увеличивается. За счет параллельного включения резисторов R3 и R2 при открытом переходе эмиттер—база ток через резистор ОС R2 уменьшается и 17 не увеличивается при возрастании U_BX. Передаточная характеристика 1/_вых1 = (p(t/_BX) показана на рис. 13.48, б. Данная схема является усилителем-ограничителем сверху.

Рис. 13.48. Транзисторный ограничитель отрицательного сигнала с инверсией и ограничением снизу на основе ОУ: а — схема; б — передаточная характеристика

В схемах двустороннего усилителя-ограничителя цепь обратной связи содержит две параллельные цепи диодных ограничителей — для ограничения сверху и снизу (рис. 13.49, а). Графики входных и выходных напряжений усилителя-ограничителя показаны на рис. 13.49, б.

Рис. 13.49. Двусторонний диодный ограничитель с инверсией сигнала и ограничением сверху и снизу на основе ОУ: а — схема; б — графики входного

и выходного напряжений

Для ограничения положительного входного сигнала необходимо в схеме изменить полярность напряжений и U₂.

Для одновременного (прецизионного) ограничения положительного и отрицательного входных сигналов сверху применяется мостовая схема в цепи обратной связи (рис. 13.50, а). На диагональ моста подано напряжение U_{, которое действует на стабилизирующую цепь VD, R2 и R3. Таким образом, мостовая схема получает стабильное напряжение со стабилитрона U_CJ, которое ограничивает уровень выходного напряжения ?/_вых. Диоды VD1 и VD4 открываются в том случае, когда входное положительное и выходное напряжения достигают значения U_CT + 2 U_np, где U — напряжение, необходимое для разрушения потенциального барьера диодов VD1 и VD4. Так как диоды при прямом смещении имеют малое сопротивление, то в цепи ОС оказывается включенным только стабилитрон VD5. Напряжение на стабилитроне стабильно и поэтому оно стабильно и на выходе ОУ.

При отрицательном потенциале входного напряжения открыты диоды VD3 и VD2 и происходит стабилизация выходного напряжения. Передаточная характеристика ?/_вых = ср([/_вх) приведена на рис. 13.50, б.

Вычитающий усилитель также можно построить на основе ОУ (рис. 13.51). Принцип работы схемы вычитающего усилителя на основе ОУ основан на одновременной подаче двух входных напряжений на два входа ОУ. Такой усилитель является дифференциальным усилителем, коэффициент усиления которого определяется по формуле

Из формулы видно, что при равенстве входных напряжений (сигналы синфазные) напряжение на выходе будет равно нулю. При разных сигналах на входах ?/_вх, и U_Bx2 сигнал на выходе равен разности сигналов на входах при коэффициенте усилителя, равном 1,

Рис. 13.51. Схема вычитающего устройства на основе ОУ

Рис. 13.50. Симметричный мостовой ограничитель с инверсией сигнала и ограничением сверху положительного и отрицательного сигнала на основе ОУ: а — схема; б — передаточная характеристика

когда R = R2 и R2R3 = RR4.

Таким образом, изменяя параметры цепей ОС в схемах включения ОУ, т.е. вводя в данные цепи различные линейные и нелинейные элементы, можно получить желаемые характеристики ОУ для использования в различных электронных схемах при решении математических задач операционного характера.