Меню

Питание оу однополярного напряжения

Питание оу однополярного напряжения

В предыдущих главах, например в этой, предполагалось, что ОУ имеет два напряжения питания — положительной и отрицательной полярности (рис. 1). При этом напряжения питания обычно выбираются равными по величине, а их средняя точка является землёй. Сигналы на входе и выходе при этом подаются и снимаются относительно земли. Однако…

Однако в современной портативной аппаратуре с батарейным питанием это неудобно.

Схема включения ОУ с двуполярным питанием.

Рис. 1. Схема включения ОУ с двуполярным питанием.

При однополярном питании ОУ необходимо использовать цепь смещения выходного напряжения так, чтобы выходные сигналы могли изменяться в максимально широком диапазоне, ограниченном нулём (землёй) и напряжением питания. Кроме того, входные сигналы изменяются относительно потенциала земли, что эквивалентно подаче входных сигналов относительно шины отрицательного питания в схеме применения ОУ с двуполярным питанием. Необходимость преодоления этих проблем влечёт за собой некоторое усложнение схем применения ОУ с однополярным питанием.

Когда входной сигнал имеет постоянное смещение относительно земли (рис. 2), напряжение смещения усиливается вместе с напряжением входного сигнала. За исключением случая, когда это напряжение смещения используется для установления нужного постоянного напряжения на выходе ОУ, его приходится исключать из усиливаемого сигнала.

Схема включения ОУ с двуполярным питанием и источником постоянного смещения на входе усилителя

Рис. 2. Схема включения ОУ с двуполярным питанием и источником постоянного смещения на входе усилителя

На рис. 3 приведена одна из схем, применяемых для исключения постоянного смещения из усиливаемых сигналов за счёт использования дифференциального усилителя. В нём одинаковые постоянные напряжения от источников KREF являются синфазными и вычитаются друг из друга благодаря свойствам дифференциального усилителя.

Схема включения ОУ с двуполярным питанием и синфазным напряжением на входах

Рис. 3. Схема включения ОУ с двуполярным питанием и синфазным напряжением на входах

Когда сигнал подаётся относительно земли, при однополярном питании ОУ, как правило, не удаётся использовать схему включения ОУ с двуполярным питанием. В схеме на рис. 4 усилитель совсем не может работать при положительной фазе входного сигнала, так как выходное напряжение при этом должно быть отрицательнее потенциала земли. Что касается отрицательной фазы входного напряжения, то только немногие ОУ могут работать при нулевом потенциале входа.

Схема включения ОУ с однополярным питанием и входным сигналом, подаваемым относительно земли

Рис. 4. Схема включения ОУ с однополярным питанием и входным сигналом, подаваемым относительно земли

Главную сложность при конструировании схем на ОУ с однополярным питанием представляет необходимость учёта того обстоятельства, что входные сигналы, как правило, подаются относительно земли или содержат различную постоянную составляющую. Если не указано иное, все схемы на ОУ в этой главе являются схемами с одним напряжением питания. Следует отметить, что с землёй может быть соединён как положительный, так и отрицательный полюс источника питания.

Использование одного напряжения питания ограничивает полярность выходных напряжений ОУ Например, при напряжении питания 10В выходное напряжение может быть только в диапазоне 0

Источник



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.

Читайте также:  Схема регулятора напряжения генератора 24 вольта

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.

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.

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).

Читайте также:  Номинальное напряжение контактной сети постоянного тока

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.
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.

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.

Источник

Как это работает? — Однополярное питание ОУ и отрицательное напряжение

Обратились недавно ко мне с вопросом. Есть схема с операционным усилителем. ОУ питается однополярным положительным напряжением. Но в схеме присутствует отрицательное напряжение, которое через резисторы подается на на вход ОУ. Вопрос: как и почему оно работает? Разве для работы с отрицательными напряжениями не надо ли питать операционник от двуполярного источника напряжения?

Читайте также:  Обзор реле напряжения abb

Давайте разбираться вместе.

Вот те самые схемы:

Судя по всему, схемы с РадиоКота, но сами статьи не нашел.

Первая — источник высокого отрицательного напряжения для питания ФЭУ, вторая — предварительный усилитель того самого ФЭУ.

Рассмотрим первую. Интересующий нас участок выглядит так:

Рис. 3. Упрощенная обвязка ОУ из рис. 1

Здесь ОУ работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления меньше единицы. На вход -HV подается высокое отрицательное напряжение. На выходе OUT получаем положительный потенциал, по величине пропорциональный входному напряжению.

Работает схема следующим образом. На вход -HV подается высокое отрицательное напряжение. Через резистор R2 оно поступает на отрицательный вход ОУ. Так как положительный вход операционника подключен к земле, ОУ через резистор обратной связи R1 будет компенсировать отрицательное напряжение положительным, тем самым сохранять на отрицательном входе нулевой потенциал. То есть, как только на отрицательном входе напряжение провалится ниже нуля, ОУ его снова вернет в ноль через резистор R1. Таким образом, на обоих входах операционного усилителя напряжение всегда будет находиться в окрестности нуля вольт.

Вопрос только вызывает то, что для срабатывания обратной связи операционник должен зафиксировать небольшой провал в отрицательную область, а как он это сделает, если он питается только положительным напряжением?

На это можно ответить коротко: Да ни как! Схема в данном виде является нерабочей, уж не знаю как оно заработало у автора, но у человека, который ее собирал, ни чего не получилось. Выйти из положения можно внеся небольшое изменение в конструкцию:

Рис. 4. Модернизированная схема №1

Положительный вход ОУ с помощью делителя R3-R4 мы немного «приподнимаем» над потенциалом земли. В этом случае операционник следит за провалом напряжения на отрицательным входе уже не ниже уровня земли, а ниже небольшого смещения, которое всегда больше нуля. В таком виде схема уже является жизнеспособной.

Данный прием как раз и реализован во второй схеме (рис. 2). Вот ее часть:

Рис. 5. Зарядочувствительный усилитель ФЭУ

Это так называемый зарядочувствительный усилитель, или инверсный интегратор тока. Вход Anode подключается к аноду ФЭУ, который является источником отрицательного тока (не напряжения. ). При регистрации кванта света, на выходе OUT получаем импульс напряжения положительной полярности.

Вот и все. Как видите, даже если схема работает с отрицательными напряжениями, в некоторых случаях совсем не обязательно операционные усилители в ней питать двуполярным напряжением.

Источник