 |
 |
 |
 |
фиг. 3.5 имеет отрицательную обратную связь. Обратите внимание на то, что резистор Roc включен между выходным зажимом ОУ и его инвертирующим входом. Это при наличии R\ приводит к тому, что часть выходного сигнала Увых подается обратно на инвертирующий входной зажим. При обратной связи такого
Фиг. 3.5. ОУ. включенный как инвертирующий усилитель с обратной связью.
вида эффективное значение коэффициента усиления схемы по напряжению Кос в типичном случае намного меньше, чем коэффициент усиления К операционного усилителя без ОС.
В схеме, представленной на фиг. 3.5, входной сигнал имеет напряжение Vr; эффективное значение усиления по напряжению этого сигнала поэтому равно
FpblX
Кос = -
(3.1)
Это отношение напряжения выходного сигнала Уъъш к входному сигналу Vr называют также коэффициентом усиления ОУ с ОС,.
Фиг. 3.6. Токи через и Rqq равны, если ОУ идеальный; они почти равны и в реальном ОУ, если Rqq не слишком велико.
или коэффициентом усиления при замкнутой петле ОС, поскольку в этом случае резистор обратной связи Roc замыкает петлю .с выхода усилителя на его инвертирующий вход /. Конкретное значение Кос определяется в основном значениями сопротивлений Ri и Roc.
То, как резисторы R] и R2 в схеме фиг. 3.5 определяют значение коэффициента усиления ОУ с ОС Кос, можно увидеть, про-, анализировав прохождение токов и падения напряжений в данной схеме. Например, источник сигналов Vr возбуждает, как показано на фиг. 3.6, в резисторе Ri ток /. Весь этот ток в пред-
положении, что ОУ идеальный (т. е. имеет бесконечное сопротивление со стороны входа /), протекает через Roc- По закону Ома падение напряжения на Ri равно Ril, а падение напряжения на Roc равно RocJ. Значение этого факта мы вскоре увидим.
Поскольку в идеальном случае коэффициент усиления К ОУ без ОС бесконечен или в реальном случае по крайней мере очень большой, то дифференциальное входное напряжение Vbx.r есть
Инвертируютиа escoff nomeHUuaJTuffO Заземлен
Фиг. 3.7. Эквивалентная схема к фиг. 3.5 и 3.6; Fj, ~ Rl и
бесконечно .малая величина по сравнению с выходным напряжением Увых. Таким образом, поскольку
/( = -;. (2.3а)
вх. д
Это последнее уравнение показьшает, что чем больше К. при любом данном Увых, тем меньше по сравнению с Увых должно быть Увх. д. Дело Б том, что из-за большого коэффициента усиления К. типичного ОУ без ОС напряжение Увх.д между входами 1 и 2 практически равно нулю. Поэтому при фактическом отсутствии разности потенциалов между входами 1 и 2 к заземленном неинвертирующем входе 2 инвертирующий вход / будет также потенциально заземлен. Это позволяет представить схему в эквивалентном виде, показанном на фиг. 3.7. При напряжении Увых относительно земли на правом выводе Roc и потенциале на левом, равном потенциалу земли, практически можно считать, что падение напряжения на Roc равно Увых- По закону Ома
Увых Rod. (3.2)
Аналогично можно видеть, что напряжение Уг относительно земли приложено к левому выводу Ri, тогда как его правый вывод потенциально заземлен. Поэтому можно считать, что напряжение на Ri равно Уг. Вновь применив закон Ома, имеем
Уг RJ. (3.3)
Так как коэффициент усиления с обратной связью Кос - отношение напряжения выходного сигнала Увых к напряжению сигнала на входе Vr, то, подставив в это отношение уравнения (3.2) и (3.3), можно показать, что
вых ОС ОС /о л
ос = ---ЖГ---rT- (-
Знак «минус» означает, что входной и выходной сигналы находятся в противофазе. Последнее уравнение показывает, что, выбирая отношение сопротивления обратной связи Roc к входному сопротивлению Ri, мы выбираем коэффициент усиления Коа инвертирующего усилителя.
Существуют пределы допустимых значений Roc и Ri, определяемые трудностями практического характера. Эти проблемы рассматриваются в- последующих главах, а сейчас примем во внимание то, что сопротивление обратной связи Roc редко превышает 10 МОм. Чаще Roc составляет величину 1 МОм и менее. Так как один из зажимов источника сигналов Vr заземлен и один из выводов Ri заземлен потенциально, то Ri является для Vr входным сопротивлением усилителя. Чтобы исключить перегрузку источника сигналов Vr (потребление от него чрезмерно большого тока), Ri обычно берется не менее 1 кОм.
Пример 3.2
Для схемы фиг. 3.8, а вычислите значение ее коэффициента pj усиления по напряжению Уъш/Уг, когда переключатель П на-[ ходится:
а) в положении /;
б) Б положении 2;
в) в положении 3.
г) Изобразите форму выходного сигнала Vbhx на фиг. 3.8, в, если переключатель П находится в положении 2, а входное напряжение Vr имеет форму, показанную на фиг. 3.8, б. Предполагается, что при Vr, равном нулю, Vbbix также равно нулю (схема сбалансирована).
д) Чему равно сопротивление схемы для источника сигналов Vr в каждом из положений переключателя?
Ответ, а) При положении / переключателя П сопротивление обратной связи Roc = Ю кОм. Входное сопротивление Ri -т= = 1 кОм независимо от положения переключателя. Поэтому коэффициент усиления равен
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106