Операционные усилители в принтерах и копировальных аппаратах.

Операционные усилители в принтерах и копировальных аппаратах.

                Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель напряжения, предназначенный для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами: их усиление или ослабление, сложение или вычитание, интегрирование или дифференцирование, логарифмирование или потенцирование, преобразование их формы и др. Все эти операции ОУ выполняет с помощью цепей положительной и отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости и индуктивности, диоды, стабилитроны, транзи­сторы и некоторые другие электронные элементы. Поскольку все операции, выполняемые при помощи ОУ, могут иметь нормированную погрешность, то к его характеристикам предъявляются определенные требования.

Требования эти в основном сводятся к тому, чтобы ОУ как можно ближе соответствовал идеальному источнику напряжения, управляемому напряжением с бесконечно большим коэффициентом усиления. А это значит, что входное со­противление ОУ должно быть равно бесконечности, а следовательно, входной ток должен быть равен нулю. Выходное сопротивление должно быть равно нулю, а следовательно, нагрузка не должна влиять на выходное напряжение. Частотный диапазон усиливаемых сигналов должен простираться от постоянного напряжения до очень высокой частоты. Поскольку коэффициент усиления ОУ очень велик, то при конечном значении выходного напряжения напряжение на его входе должно быть близким к нулю.

                Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, а это значит, что входные сигналы можно подавать на любой из двух входов, один из которых изменяет полярность выходного напряжения и поэтому называется инвертирующим, а другой не изменяет полярности выходного напряжения и называется — неинвертирующим. Условное схематическое обозначение диф­ференциального операционного усилителя приведено на рис. 1, а. Инвертирую­щий вход можно отмечать кружочком или писать около него знак минус (-). Неинвертирующий вход или совсем не отмечается, или около него пишется знак плюс (+). Два вывода ОУ используются для подачи на него напряжения питания +Еn и -Еn. Положительное и отрицательное напряжение питания обычно имеют одно и то же значение, а их общий вывод одновременно является общим выводом для входных и выходного сигналов.

                Если один из двух входов ОУ соединить с общим выводом, то можно полу­чить два ОУ с одним входом, один из которых будет инвертирующим (рис. 1, б), а другой — неинвертирующим (рис. 1, в). Выходное напряжение для дифференци­ального усилителя определяется по формуле

Uвых = (Uвх1-Uвх2)A,                                                                   

где А — коэффициент усиления ОУ -> к беск.

Для инвертирующего ОУ выходное напряжение равно Uвых = —Uвх2A; а для неинвертирующего Uвых=Uвх1A.

                Разностное напряжение (Uвх1 –Uвх2) = Uдиф — на­зывают дифференциальным входным сигналом (если Uвх1= Uвх2, то на выходе напряжение равно нулю). По сути дела, это сравнение напряжений приложенных между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ.

                Если оба входа ОУ соединить вместе, то получившаяся схема будет иметь только один вход, а приложенный к нему сигнал называют синфазным Uсф= Uвх1 = Uвх2. Для синфазного сигнала в соответствии с формулой  выходное напряжение должно быть равно нулю, однако в реальных усилителях этого не происходит и выходной сигнал присутствует, хотя и имеет малое значение. Схемы подачи на входы ОУ дифференциального и синфазного сигналов приведены на рис. 2.

Рис. 2. Схемы подачи на входы ОУ дифференциального и синфазного сигналов.

                Схема инвер­тирующего усилителя приведена на рис.3, а. Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис. 3,б. В этой схеме вход­ной сигнал подается непосредственно на неинвертирующий вход ОУ, а к инверти­рующему входу подводится напряжение обратной связи с выхода ОУ. Поскольку напряжение между входами равно нулю, то на инвертирующем входе также будет напряжение:

Uвх = UвыхR₁/R₁+R₂

Таким образом, коэффициент усиления определяется формулой:

K = 1+R₂/R₁ .                                                                               

Рис. 3. Схема инвертирующего усилителя (а) и неинвертирующего усилителя (б) на дифференциальном ОУ

Пример использования операционных усилителей (в качестве схемы сравнения которая контролирует температуру нагревательного элемента узла закрепления для защиты от перегрева) показан на рис. 4, 5.

Рис. 4.

Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор на микросхеме IC302 (ОУ типа HA17324).

На конт.5 («прямой» вход) этого компаратора подается опорное напряжение, а на конт.6 («инверсный» вход) подается сигнал от датчика температуры – сигнал THSNS. Напряжение сигнала THSNS уменьшается при нагреве печки. Кроме сигнала THSNS реле может управляться еще и микроконтроллером с помощью сигнала RLYD. Этим сигналом микроконтроллер включает реле, что позволит обеспечить нагрев печки. И этим же сигналом микроконтроллер размыкает реле в периоды ожидания (когда принтер находится в состоянии «Готов»), а также при возникновении фатальных ошибок принтера.

Рис. 5

                        .