 |
 |
 |
 |
образом, на низких частотах чем ниже коэффициент усиления ОУ с ОС, тем выше эффективное значение входного импеданса вх(эфф) неинвертирующего усилителя.
Пример 3.4
Если в схеме фиг. 3.10 Ri - 1 кОм, Roc = Ю кОм, то чему равен коэффициент усиления схемы по напряжению Увых/г? Изобразите на фиг. 3.13,6 форму выходного сигнала Увых, если
Фиг. 3.14.
напряжение входного сигнала Уг в этой схеме имеет форму, показанную на фиг. 3.13, а. Предполагается, что выход ОУ первоначально настроен на нуль.
Ответ. Так как данный ОУ включен в неинвертирующем режиме, то коэффициент усиления по напряжению можно определить из уравнения (3.6):
+ 1 = 11.
Таким образом, выходное напряжение в 11 раз превышает входной сигнал Уг и совпадает с ним по фазе. Отсюда следует, что в момент времени t - 2 мин Увых = 11 (-20 мВ) = -220 мВ. Аналогично при t = 5 мин Увых =11 (10 мВ) = 110 мВ и т.д. Полная форма выходного сигнала приведена на фиг. 3.14.
Пример 3.5
Для схемы, описанной в примере 3.4, дайте оценку минимального значения входного" импеданса по отношению к источнику сигналов Уг, если ОУ типа 741С (см. таблицу приложения 6) и предполагается, что импеданс каждого входа относительно земли равен бесконечности (т. е. Zx. синф = <») •
Ответ. В приложении б указано, что для ОУ 741С минимальные значения К и i?Bx равны соответственно 20000 и 150 кОм. Так как внешние цепи задают Кос, равный 11, то минимальное эффективное значение импеданса для Уг можно найти в соответствии с уравнением (3.76). Таким образом, в данном случае
2вх (эфф) () 150 кОм ~ 273 МОм. (3.76)
3.4. Повторитель напряжения
В некоторых применениях не столь важным является усиление по напряжению, как способность усилителя согласовывать высокое внутреннее сопротивление источника сигналов с низким и, возможно, изменяющимся сопротивлением нагрузки. На
Фиг. 3.15. ОУ, включенный как повторитель напряжения.
J
фиг. 3.15 показано включение ОУ в качестве повторителя напряжения, который имеет исключительно большое входное сопротивление и способен работать на относительно низкоомную нагрузку (нагрузку с относительно малым сопротивлением). Выходное сопротивление повторителя напряжения очень мало, поэтому изменения сопротивления нагрузки оказывают на амплитуду выходного сигнала пренебрежимо малое влияние. Повторитель напряжения, включенный между источником сигналов с высоким внутренним сопротивлением и нагрузкой, имеющей меньшее и (или) изменяющееся сопротивление, называется буферным усилителем.
Повторитель напряжения представляет собой просто неинвертирующий усилитель, подобный показанному на фиг. 3.11, а, в котором Ri заменено бесконечным сопротивлением (удалено), а Roc - нулевым сопротивлением (закорочено) (фиг. 3.16). Вследствие большого коэффициента усиления К операционного усилителя без ОС дифференциальное входное напряжение Квх. д Очень мало, поэтому входы 1 я 2 находятся фактически под одним потенциалом. Поскольку выходной сигнал Увых - это на-
Пряжение на входе /, а входной сигнал прикладывается непосредственно к входу 2, то
V ~ У
вых - г г-
Очевидно, что при очень близких по значению напряжениях входного и выходного сигналов коэффициент усиления по напряжению такого повторителя очень близок к единице (единичному усилению). K это-му выводу можно прийти и другим способом: подставить /?ос = О в уравнение (3.6) для коэффициента усиления. Термин повторитель напряжения выражает, таким
Входы амеют qKiKmuvecKU оданаковый потенс{иал
Фиг. 3.16. Повторитель напряжения, показанный на фиг. 3.10, в виде неинвертирующего усилителя.
образом, его схемную функцию: выходное напряжение Увых повторяет форму и величину входного напряжения Уг.
Как и в неинвертирующем усилителе, эффективный входной импеданс 2вх(эфФ) повторителя напряжения превышает i?Bx в число раз, приблизительно равное петлевому усилению, где /?вх- дифференциальное входное сопротивление, измеренное при разомкнутой обратной связи. Поскольку коэффициент усиления повторителя напряжения /(ос-1, то его петлевое усиление К/Кос очень велико (приблизительно равно К). Это объясняет исключительно высокий импеданс повторителя напряжения. По мере того как входной импеданс 2вх(эфф) при использовании обратной связи приближается к идеальному значению (увеличивается), выходное сопротивление также уменьшается (улучшается). Точнее говоря, эффективное выходное сопротивление /?вых(эфф) ОУ меньше выходного сопротивления Явых, измеренного при разомкнутой обратной св!язи, в число раз, равное петлевому усилению, т. е.
(3.8)
Явих (эфф) - \~[(~ JBUX
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