Как определить входное и выходное напряжение

2.5.Входное и выходное напряжения.

Выходное напряжение ОУ зависит от разности напряжений на его входах , где – напряжения на не инвертирующем и инвертирующем входах усилителя. Поэтому для ОУ справедливо:

, (1.3)

где K – коэффициент усиления ОУ без обратной связи (разомкнутого усилителя). Предположим, что (напряжение на входе (+) положительно по отношению к напряжению на входе (–)), тогда выходное напряжение положительно, рис. 1.7,а.

В случае если (напряжение на входе (+) отрицательно по отношению к напряжению на входе (–)), выходное напряжение отрицательно, рис. 1.7,б.

Общая зависимость представлена на рис. 1.8. Выходное напряжение линейно зависит от лишь в некотором диапазоне изменения последнего (от до ) и не может превышать величины U_НАС.

Рис. 1.8. Амплитудная характеристика операционного усилителя

2.6.Два правила, справедливые для идеального оу.

Определим значения и . В соответствии с (1.3) имеем

(1.4)

Величина K чрезвычайно велика; она может достигать 200000 единици более. Приняв K=200000, для ОУ, запитанного от источника 12 В, на основании (1.4) получим:

,

.

Здесь допущено, что . Напряжение 60 мкВ очень мало. В типичном измерительном приборе напряжения наведенных шумов, сетевых наводок и напряжения от токов утечки могут превышать 1 мВ (1000 мкВ). В силу этого можно принять . Последнее позволяет сформулировать важное правило.

Правило 1. Если ОУ находится в линейном режиме (выходное напряжение ), разность напряжений между его входами равна нулю ().

Для того чтобы ОУ работал в линейном режиме, в схему необходимо ввести отрицательную обратную связь (ООС). Образно можно сказать, что, будучи охвачен ООС операционный усилитель сделает все от него зависящее, чтобы устранить разность напряжений между своими входами.

ОУ является хорошим усилителем напряжения с большим входным сопротивлением. Для идеального ОУ сопротивления по обоим входам можно считать равными бесконечности. Отсюда следует второе важное правило.

Правило 2. Входы ОУ тока не потребляют.

2.7.Идеальный и реальный оу.

Для идеального ОУ справедливо:

Коэффициент усиления дифференциального сигнала K бесконечно велик и не зависит от частоты сигнала.

Коэффициент усиления синфазного сигнала (напряжения общего для обоих входов) K_СИНФ равен нулю.

Сопротивление по обоим входам бесконечно велико.

Напряжение смещения равно нулю.

Скорость изменения выходного напряжения бесконечно велика.

Дрейф (изменение во времени выходного напряжения) отсутствует.

Параметры реального ОУ несколько хуже. Однако в большинстве случаев для анализа схем на операционных усилителях можно использовать оба правила, справедливые для идеального ОУ. Этот подход и будет использоваться в дальнейшем. Знание реальных значений параметров конкретного ОУ позволяет оценить погрешность схемы преобразования сигнала и решить вопрос о целесообразности использования данного ОУв конкретной схеме.

2.8.Параметры и характеристики оу.

Параметры и характеристики ОУ можно условно подразделить на входные, выходные и характеристики передачи.

К входным параметрам относятся: напряжение смещения; средний входной ток; разность входных токов; входные сопротивления; коэффициент ослабления синфазного сигнала (синфазного напряжения); диапазон синфазных входных напряжений; температурный дрейф напряжения смещения; температурные дрейфы среднего входного тока и разности входных токов; напряжение шумов, приведенное к входу; коэффициент влияния нестабильности источника питания на напряжение смещения.

Напряжение смещения Е_СМ– дифференциальное входное напряжение, при котором выходное напряжение усилителя равно нулю.

Средний входной ток I_ВХ– среднеарифметическое значение токов обоих входов усилителя, измеренных при таком входном напряжении U_ВХ, при котором выходное напряжение U_ВЫХ равно 0. Эти токи обусловлены необходимостью обеспечить нормальный режим работы входного дифференциального каскада на биполярных транзисторах. В случае использования полевых транзисторов это токи всевозможных утечек. Другими словами, входные токи – это токи, потребляемые входами ОУ.

Разность входных токов ΔI_ВХ– это разность токов, потребляемых входами ОУ.

Входные сопротивленияв зависимости от характера подаваемого сигнала подразделяются на дифференциальное (для дифференциального сигнала) и синфазное (сопротивление общего вида).

Входное сопротивление для дифференциального сигнала R_{ВХ. ДИФ}– это полное входное сопротивление со стороны любого входа, в то время как другой вход соединен с общим выводом (заземлен).

Входное сопротивление для синфазного сигнала R_{ВХ. СИНФ}характеризует изменение среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. Оно на несколько порядков выше сопротивления для дифференциального сигнала.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала К_{ОС СИНФ}определяется как отношение напряжения синфазного сигнала, поданного на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, которое обеспечивает на выходе тот же сигнал, что и в случае синфазного напряжения:

(1.5)

С учетом (1.5) напряжение на выходе ОУ, появляющееся при одновременной подаче дифференциального и синфазного входных сигналов, равно .

Для каждого ОУ указывается диапазон изменения U_{ВХ. ДИФ} и U_{ВХ. СИНФ}, превышение предельных значений, которых может привести к потере работоспособности усилителя.

Температурные дрейфы напряжения смещения и входных токовхарактеризуют изменения соответствующих параметров с температурой и составляют мкВ/°С и нА/°С. Наиболее важно учитывать данные параметры в прецизионных устройствах, так как компенсация их влияния на выходное напряжение затруднительна. Температурные дрейфы являются основной причиной появления температурных погрешностей устройств с ОУ.

Коэффициент влияния нестабильности источника питания К_П– отношение изменения напряжения смещенияΔЕ_СМ к вызвавшему его изменению одного из питающих напряжений ΔU_П.

К группе выходных параметров относятся выходное сопротивление, напряжение и ток выхода.

Коэффициент усиления по напряжению ОУК– отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению дифференциального входного напряжения при работе усилителя на линейном участке характеристики:

Частота единичного усиления f₁ это частота, на которой модуль коэффициента усиления ОУ равен единице.

Скорость нарастания выходного напряжения это максимальная скорость изменения выходного сигнала при максимальном значении его амплитуды. Скорость нарастания определяется при подаче на вход усилителя импульса напряжения прямоугольной формы.

Расчет формы входного и выходного напряжений.

Для расчета входного напряжения надо найти его спектр на входном сопротивлении схемы :

— спектр входной эдс (первые 3 гармоники)

Рис.8Спеткр входной ЭДС.

Выполнив расчёты в Mathcad получим спектр выходного напряжения:

Построим график формы входного напряжения:

Рис.9 Форма входного Напряжения

Для поиска формы напряжения на выходе схемы нужно найти его спектр на сопротивлении нагрузки. А чтобы получить этот спектр, надо найти коэффициент передачи схемы от точек подключения идеальной ЭДС до точек присоединения нагрузки Z_н:

Для получения надо найти параметры сложного четырехполюсника, образованного каскадным соединением R_г и ФВЧ.

Находим коэффициент передачи :

Таким образом, зная спектр входной ЭДС (f(t)) и представляя коэффициент передачи K_E в комплексной форме, можно найти спектр напряжения на выходе:

Рис.10 Форма выходного напряжения

9. Изменение параметров схемы

В данном варианте требуется рассмотреть изменение характеристик схемы при изменении величины сопротивления нагрузки.

Согласно примечанию к таблице приложения 1величины элементов фильтра и его характеристическое сопротивление останутся прежними. Из выше приведенных формул следует, что изменятся коэффициент передачи, входное напряжение, формы входного и выходного напряжений, поэтому эти характеристики следует рассчитать повторно.

Коэффициент передачи

Зависимость коэффициента передача К от частоты имеет вид:

Номинальная величина коэффициента передачи ФВЧ при равна 1. Таким образом нормированное значение К совпадает с абсолютным.

Построим АЧХ коэффициента передачи на интервале

Рис.11 АЧХ коэффициента передачи

Таблица АЧХ коэффициента передачи К:

Построим ФЧХ коэффициента передачи на интервале

Рис.12 ФЧХ коэффициента передачи

Таблица ФЧХ коэффициента передачи К:

Граничные частоты.

Для нахождения граничных частот на заданном уровне пропускания (3 и 40 дБ) воспользуемся формулой:

Решая данное уравнение с помощью Mathcad и подставляя значения В₁ = 3 дБ и В₂ = 40 дБ методом получим:

9.3. Входное сопротивление фильтра

Входное сопротивление четырехполюсника есть отношение входного напряжения

к входному току, или

Следовательно, АЧХ входного сопротивления имеет вид:

Рис.13 АЧХ входного сопротивления.

Таблица АЧХ входного сопротивления:

ФЧХ входного сопротивления имеет вид:

Рис.14 ФЧХ входного сопротивления.

Таблица ФЧХ входного сопротивления:

Расчет формы входного и выходного напряжений.

Для расчета входного напряжения надо найти его спектр на входном сопротивлении схемы :

— спектр входной эдс (первые 2 гармоники)

Выполнив расчёты в Mathcad получим спектр выходного напряжения:

Построим график формы входного напряжения:

Рис.15. Форма входного сигнала

Для поиска формы напряжения на выходе схемы нужно найти его спектр на сопротивлении нагрузки. А чтобы получить этот спектр, надо найти коэффициент передачи схемы от точек подключения идеальной ЭДС до точек присоединения нагрузки Z_н:

Для получения надо найти параметры сложного четырехполюсника, образованного каскадным соединением R_г и ФВЧ.

Находим коэффициент передачи :

Таким образом, зная спектр входной ЭДС (f(t)) и представляя коэффициент передачи K_E в комплексной форме, можно найти спектр напряжения на выходе:

Найти входное напряжение

Найти входное напряжение
Есть задача и примерное решение. Как я понял, остаётся только U входное найти. Как это сделать?

Найти входное напряжение
Помогите найти входное напряжение

Найти входное напряжение и ток четырехполюсника
Всем привет Дали задачу, помогите пожалуйста ее решить Rn — это нагрузка на резисторе? Как от.

Найти входное напряжение в параллельном диодном ключе
Определить величину входного напряжения в параллельном диодном ключе, представленный на схеме при.

Найти входное сопротивление цепи и напряжение катушки
Сопротивления всех элементов равны 2 Ом. Входное напряжение 10 В. Не могу разобраться как сложить.

2096 / 1184 / 493
Регистрация: 11.10.2018
Сообщений: 5,956
Где найти нужно?
Регистрация: 14.02.2020
Сообщений: 4
чет фотка не скинулась
2096 / 1184 / 493
Регистрация: 11.10.2018
Сообщений: 5,956

Закон Ома знаете?

Добавлено через 2 минуты
Схему нужно будет перерисовать. Назвать резисторы. И те 2 резистора, которые по 30(Ом) их объединить в 1 по формуле параллельных резисторов. R = (R1*R2)/(R1 + R2).

Регистрация: 14.02.2020
Сообщений: 4
как перерисовать?
и что дальше потом делать?
2096 / 1184 / 493
Регистрация: 11.10.2018
Сообщений: 5,956

Ну так ты это сделай сначала.

Добавлено через 28 минут
Сопротивления могут включаться последовательно. Общее сопротивление — это сумма этих сопротивлений.

Добавлено через 24 минуты
В общем-то последние(крайние правые) 2 сопротивления тоже соединены параллельно и их нужно объединить в 1.

4229 / 2864 / 725
Регистрация: 16.09.2012
Сообщений: 11,589
Регистрация: 14.02.2020
Сообщений: 4
спасибо
но мне нужно решение само(((
4229 / 2864 / 725
Регистрация: 16.09.2012
Сообщений: 11,589

Сообщение от Spasitepls23

но мне нужно решение само(((

Решение нужно всем. Но его нужно не списать, а постараться вникнуть в решение. Для начала все сопротивления нужно пронумеровать (обозначить): R1, R2, R3 и т.д. до R13. А дальше можно начинать считать.
Uab=U12=U13=2 B. Сопротивления R12 и R13 включены параллельно, поэтому у них одно и тоже напряжение Uab=2 B.
Затем их нужно заменить на эквивалентное сопротивление R(12,13)=R12*R13/(R12+R13)=5Ом.
Отсюда вывод: на 5 омах падение напряжения равно 2 В. Следующая цепочка (R10-R(12,13)-R11)=(15+5+10) Ом
Падение напряжения на ней будет уже 12 В. И такое же напряжение будет на R9.
Вот, примерно так.

87844 / 49110 / 22898
Регистрация: 17.06.2006
Сообщений: 92,604
Помогаю со студенческими работами здесь

входное напряжение
Здравствуйте, подскажите пожалуйста какое будет входное напряжение двухполюсника, если P=1 кВт, Q=.

Входное напряжение
Здраствуйте. Помогите с задачей, надо определить входное напряжение и построить топографическую.

Входное напряжение цепи
Входное НАПРЯЖЕНИЕ на схеме так определяется ? U=I1*Rэкв, где Rэкв=R1+R2*R3/(R2+R3) ?

Входное напряжение в последовательной цепи
Дано: R = 5 Ом Xc = 4 Ома XL = 6 Ом Uc = 40В. цепь еще дана.. последовательно включены.

Каким будет входное и выходное напряжение
Каким в данной схеме будут входное и выходное напряжение. Формулы. Не могу понять, как их выразить.

Или воспользуйтесь поиском по форуму:

Измерение входного и выходного сопротивления

Из треугольника сопротивления переменного тока можно определить входное или выходное сопротивление двухконтактной сети путем измерения переменного тока и напряжения слабого сигнала.

Для входа напряжение измеряется на входных клеммах, а ток измеряется путем включения измерителя последовательно с генератором сигналов. Используйте фиксированную частоту, например 1 кГц, и установите уровень генератора примерно на 20 мВ RMS. Тогда если среднеквадратичное значение 20 мВ и ток 10 мкА, то сопротивление равно 2 кОм. В цепях с высоким сопротивлением ток становится очень маленьким и его трудно измерить, поэтому требуется альтернативный метод.

Простой способ измерения небольших входных токов — использование постоянного резистора как показано на схеме. Измерьте переменное напряжение в точках V1 и V2, тогда входной ток Iin станет:

Iin = (V2 – V1) / R1

Затем входное сопротивление тестируемой цепи находится по формуле:

Z = V1 / Iin

Пример. Если используем резистор 10 кОм для R1 и измеряем V2 = 10,1 мВ и V1 = 10 мВ, тогда:

Ток 10 нА было бы очень трудно измерить, так как разрешение цифрового вольтметра очень низкое, но возможно измерение значений 10 мВ и 10,1 мВ, что позволяет найти входное сопротивление: оно будет 10 мВ / 10 нА = 1 МОм.

Использование программы моделирования

Для измерения входного сопротивления в полном спектре частот используйте следующую схему:

Вход представляет собой источник постоянного тока, его значение установлено на 1 ампер. Поскольку источники тока в большинстве программ моделирования являются идеальными и имеют бесконечное выходное сопротивление, придется использовать параллельно резистор с большим сопротивлением, как показано, чтобы избежать ошибок моделирования. Поскольку V = I х Z и используется 1 ампер, как показано для источника тока, то V = 1 х Z или V = Z. Следовательно, измерение входного напряжения возвращает входное сопротивление. Ось Y на выходном графике может быть помечена соответствующим образом.

Полезное на сайте:
ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР СВОИМИ РУКАМИ

Измерение выходного сопротивления

Выходное сопротивление также может быть определено с использованием аналогичной методики. Используется резистор с фиксированной нагрузкой, и выходное напряжение измеряется сначала при полной нагрузке, а затем без нагрузки.

На приведенной выше схеме Zo — это внутреннее выходное сопротивление измеряемой сети. Термин «сеть» является общим термином, так как схема может быть чем угодно: усилителем, фильтром, генератором и так далее.

Чтобы найти выходное сопротивление, сначала измеряется выходное напряжение без нагрузочного резистора, а затем с фиксированной нагрузкой (чисто резистивной).

Сначала снимается нагрузочный резистор Rl, измеряется и записывается выходное напряжение (В). Затем Rl снова включается в цепь и напряжение на выходе под нагрузкой (Vl). Выходное сопротивление Zo теперь находится по закону Ома для цепей переменного тока. Поскольку нагрузка является чисто резистивной, Z = V / I, где «V» — падение напряжения на выходном сопротивлении: (V — Vl), а «I» — выходной ток, Vl / Rl. Таким образом:

Использование программы моделирования

Для измерения входного сопротивления по полному спектру частот используйте следующую схему:

Вход представляет собой источник постоянного тока, его значение установлено на 1 ампер. Поскольку источники тока в большинстве программ моделирования являются идеальными и имеют бесконечное выходное сопротивление, придется использовать параллельно резистор с большим сопротивлением, чтобы избежать ошибок моделирования. Поскольку V = I х Z и используется 1 ампер, как показано для источника тока, то V = 1 х Z или V = Z. Следовательно измерение выходного напряжения возвращает выходное сопротивление.