Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 24

              дифференциальный коэффициент усиления Кд имеет бесконеч­но большое значение (усиление разностного сигнала);

              коэффициент усиления синфазной составляющей сигнала Кс равен нулю (приложение к обоим входам ОУ одинаковых сигна­лов не приводит к появлению сигнала на выходе ОУ);

              входные сопротивления относительно дифференциальной Rд и синфазной Rc составляющих сигнала имеют бесконечно большие значения;

              выходное сопротивление рав­но нулю;

              верхняя частотная граница ра­боты ОУ имеет бесконечно боль­шое значение;

              уровни выходных токов и на­пряжений не ограничены.

             Параметры реальных ОУ отли­чаются от параметров идеальных ОУ, хотя и приближаются к ним.

Рис. 14.16. Графическое обозначе­ние (а) и схема включения (о) ОУ

Приблизить одновременно все свойства реального ОУ к свойствам идеального ОУ в одном изделии невозможно, поэтому промышлен­ностью изготавливаются ОУ, имеющие широкую номенклатуру.

              Можно выделить следующие классы ОУ: быстродействующие (спо­собные усиливать сигналы в широком диапазоне частот), прецизи­онные, мощные (способные работать на низкоомную нагрузку) и со сверхвысокими входными сопротивлениями (за счет использования на входах ОУ полевых транзисторов).

              Так как дифференциальный коэффициент усиления самого ОУ очень высок (100... 120 дБ), то коэффициент усиления устрой­ства, построенного с использованием ОУ, определяется только параметрами цепи ОС.

             Зависимость свойств и параметров конкретных радиотехничес­ких устройств только от свойств и параметров цепи ОС позволяет создать широкий спектр устройств для обработки аналоговых сиг­налов, а именно:

             линейные усилители, построенные с использованием линей­ных частотно-независимых элементов в цепи ОС и имеющие рав­номерную АЧХ в заданном диапазоне частот;

             фильтры, в цепи ОС которых используются частотно-зависи­мые элементы, позволяющие усилить или ослабить сигналы в за­данном диапазоне частот;

             устройства, в цепи ОС которых используются нелинейные эле­менты, что позволяет осуществить сложную обработку аналого­вых сигналов (логарифмирование, умножение и т.д.).

             Так как ОУ имеет два входа и один выход, то это позволяет организовать три следующие схемные конфигурации на базе ОУ:

             инвертирующее включение ОУ (рис. 14.17, а), при котором выходное напряжение сдвинуто по фазе на 180° в сравнении с входным напряжением, а коэффициент усиления Кин = -Roc/R;

             неинвертирующее включение ОУ (рис. 14.17, б), при котором выходное напряжение совпадает по фазе с входным напряжени­ем, а коэффициент усиления

Кнеин= 1 + Rос/R;

Рис. 14.17, Инвертирующее (a), неинвертирующее (б) и комбинирован­ное (в)

включения ОУ

              комбинированное включение (рис. 14.17, в), при котором сиг­налы подаются на оба входа ОУ одновременно, а выходное на­пряжение определяется двумя составляющими:

               Во всех трех схемах использования ОУ резистор ОС  Roc включа­ется между инвертирующим входом и выходом ОУ. Входные со­противления ОУ имеют большую, а выходные малую величины.

               Вместо резисторов Rocи R могут быть использованы конденса­торы, катушки индуктивности, диоды или транзисторы, что при­дает специфические свойства устройствам на базе ОУ.

ГЛАВА 15

АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

15.1. Общие сведения об автогенераторах

               Автоколебательными называют активные электрические цепи, в которых происходит преобразование энергии источников пита­ния в электрические колебания, возникающие без какого-либо внешнего воздействия. Устройства на основе таких электрических цепей называют автогенераторами (генераторами). Автогенерато­ры находят широкое применение в радиотехнических приборах и системах, в которых требуется использование гармонических или негармонических колебаний.

              По организации и принципу работы автогенераторы делят на генераторы с внешней и внутренней обратными связями, а по типу элементов, определяющих частоту колебаний, генераторы делят на автогенераторы LC- и RС-типов.

              В автогенераторах в роли активных элементов могут быть ис­пользованы электровакуумные приборы, биполярные и полевые транзисторы, ИМС и т.д.

              При рассмотрении работы контуров в режиме свободных коле­баний (см. гл. 7) отмечалось, что из-за наличия сопротивления потерь Rв контуре колебательный процесс носит затухающий характер и определяется выражением

                                   u(t) = Um exp(-δt)sin(ωсвt + φ),                                   (15.1)

где Um— начальная амплитуда напряжения на контуре, завися­щая от энергии, внесенной в контур; δ = R/(2L)коэффициент затухания; ωсв = √(ω02 - δ2) — частота собственных колебаний в кон­туре; φ — начальная фаза.

              Анализируя выражение (15.1), заметим, что при коэффициен­те затухания δ, стремящемся к нулю, т.е. при условии, что сопро­тивление потерь Rстремится к нулю, колебательный процесс в контуре будет незатухающим. Для получения незатухающих коле­баний в реальном контуре, в котором присутствует сопротивле­ние потерь R,необходимо каким-либо образом внести в этот кон­тур «отрицательное сопротивление» Rвн величиной больше сопро­тивления потерь Rили равное ему. В этом случае суммарное со­противление потерь в контуре (R + Rвн) ≤ 0. Этого можно достичь внесением извне в контур энергии, компенсирующей энергию, рассеиваемую на сопротивлении потерь R.Подобную энергию можно получить, используя собственные колебания контура, уси­ливая их и возвращая вновь в контур.

               На рис. 15.1 приведена обобщенная структурная схема автоге­нератора.

В автогенераторе усилительный элемент и колебательный кон­тур образуют нелинейный резонансный усилитель, в котором максимальный коэффициент усиления напряжения достигается на резонансной частоте ω0 колебательного контура. С учетом свойств усилительного элемента и избирательных свойств контура коэф­фициент усиления нелинейного резонансного усилителя имеет вид