Интегратор – кофа, която се пълни
Кондензатор в обратната връзка вместо резистор. Входният ток u/R пълни кондензатора и изходът расте равномерно, докато входът е постоянен. ОУ интегрира – натрупва входа във времето. Правоъгълникът става триъгълник с наклон U/(RC). Тук C = 100 nF и R = 10 kΩ: наклонът е 1 V/ms.
вход изход
При R = 10 kΩ триъгълникът има размах 1 V. Намали R до 1 kΩ – 10 пъти по-стръмно, размахът става 10 V. Триъгълникът тръгва от нулата и още не е центриран: резисторът 1 MΩ го „дърпа“ към средата бавно (τ = 0,1 s).
Диференциатор – аларма за движение
Обратното: кондензаторът е на входа, резисторът – в обратната връзка. През кондензатора тече ток само докато напрежението се мени, затова изходът показва колко бързо се мени входът. Триъгълникът (постоянен наклон) става правоъгълник, а правоъгълникът – игли на фронтовете. Тук R = 10 kΩ, C = 100 nF.
вход изход
Триъгълникът сменя наклона си ±2000 V/s – изходът скача между ∓RC·2000 (±2 V при 10 kΩ). При правоъгълник на всеки фронт излиза игла до насищането, а между фронтовете – нищо. Малкият резистор пред C (100 Ω) не дава на иглата да е безкрайна и пази схемата от самовъзбуждане.
Суматор – смесителният пулт
Няколко входа през свои резистори към инвертиращия вход. Виртуалната маса (тема 8) ги разделя – токовете просто се събират в обратната връзка. Тук гласът е с усилване 1 (Rос/R1), а музиката – 0,5 (Rос/R2).
Входът: звукът, както е записан
входът x(n)
Изходът: звукът смесено
изходът y(n)
На входа е избраният звук, а на втория вход – началото на „За Елиза“. Изходът е обърнат (минусът на суматора), но ухото не чува разлика. Дай гласа на 0 – остава само музиката; музиката на 0 – само гласът.
Логаритматор
Диод в обратната връзка. Токът през диода расте експоненциално с напрежението, значи напрежението расте логаритмично с тока. Входното напрежение от 1 mV до 10 V (10 000 пъти!) става изход само от около −0,42 до −0,66 V – по ~60 mV на всеки 10 пъти. Така се сгъстява огромен динамичен обхват. Обратната схема (антилогаритматор) пък умножава, като събира логаритми (тема 12).
Изходът срещу входа
uизх
По логаритмична ос на входа изходът е права линия: −60 mV на декада (VT·ln 10).
Компаратор и тригер на Шмит
Компараторът е ОУ без обратна връзка (тема 8): изходът казва само „над“ или „под“. На шумен вход около прага обаче той трака – превключва много пъти. Тригерът на Шмит има два прага: малко от изхода се връща на „+“ (положителна ОВ). Щом изходът превключи, прагът отскача на другата страна, и шумът вече не стига да го върне. Това е хистерезисът.
Тук връщаме 0,1 от изхода: праговете са ±1,3 V, а за 40 ms (два периода на бавния синус) изходът превключи 3 пъти.
шумен вход изход горен праг долен праг
Без ПОВ около всяко пресичане на нулата изходът трепери няколко пъти. С k = 0,1 праговете са ±1,3 V, по-широки от шума, и изходът превключва само по веднъж на полупериод (първото превключване е самото включване).
Функционален генератор
Интеграторът и тригерът на Шмит, вързани в кръг. Правоъгълникът от тригера се интегрира в триъгълник. Щом триъгълникът стигне прага на тригера (±13·R1/R2 V), тригерът се обръща и триъгълникът тръгва обратно. Никой не го пуска – схемата генерира сама. С R = 10 kΩ и R2/R1 = 2 по формулата f = 500 Hz, а симулацията мери 469 Hz.
триъгълник правоъгълник
Триъгълникът звучи меко (малко хармоници), правоъгълникът – остро (много нечетни хармоници, тема 1). Мереното е с ~5 % под формулата: 741 превключва за ~50 μs (SR = 0,5 V/μs) и това удължава всеки полупериод. При по-високи честоти разликата расте.
Още приложения
| Схема | Как | Какво прави |
|---|---|---|
| двустранен ограничител | насрещни (ценерови) диоди в ОВ | изходът не минава ±Uz |
| усилвател клас D | компаратор сравнява сигнала с триъгълник → ШИМ → ключове → LC филтър | КПД > 90 % (тема 7) |
| функционален генератор | интегратор + тригер на Шмит | триъгълник + правоъгълник |
Самопроверка
1. Какво прави интеграторът с правоъгълник? А диференциаторът?
Интеграторът – триъгълник (натрупва); диференциаторът – игли на фронтовете (реагира само на промяната).
2. Суматор с Rос = 10 kΩ, R1 = 10 kΩ, R2 = 20 kΩ, u1 = 1 V, u2 = 0,5 V. Колко е изходът?
−10k(1/10k + 0,5/20k) = −1,25 V.
3. Защо тригерът на Шмит не „трака“ при шумен вход?
Има два прага (хистерезис): след превключване прагът отскача и шумът не е достатъчен да го върне.
4. R = 10 kΩ, C = 100 nF, R2/R1 = 2. Колко е честотата на функционалния генератор?
f = R2/(4·R1·R·C) = 2/(4 · 10⁴ · 10⁻⁷) = 500 Hz.