Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 19

В качестве примера рассмотрим вариант изображённый на рис. 6.53в. Здесь:  (диф. цепь);  (инт. цепь); . Тогда , где . При одинаковых сопротивлениях  и может быть малó. Таким образом можно сделать узкополосный полосовой фильтр без индуктивностей. Для пассивных цепей .

6.8.7. Компаратор (сравнивающее устройство).

Операционный усилитель включается без ООС или с минимально возможной, чтобы устойчиво реализовать максимальное усиление. На входе мы имеем аналоговый сигнал , а на выходе нас интересует только знак выходного напряжения, фактически, дискретный сигнал. Этот простой пример интересен тем, что ОУ нормально работает с насыщением, пропорциональность  не нужна. При этом  совсем не маленькое, важно чтобы оно было меньше предельно допустимого для данного ОУ. Он будет большую часть времени находиться в одном из насыщенных состояний. Пусть  в, а  меняется по линейному закону, как изображено на рис. 6.54. На выходе мы получим переход из одного насыщенного состояния в другое, когда напряжения на входе станут одинаковыми.

Такие устройства находят очень широкое применение, например в цифровых вольтметрах. Существуют специализированные микросхемы – компараторы.

6.8.8. Генератор прямоугольных импульсов.

Это ещё один пример работы ОУ с насыщением. В схеме, изображённой на рис. 6.55а, имеется две ОС, положительная и отрицательная с инерцией, за счёт конденсатора. Пусть и в исходном состоянии конденсатор разряжен. . Однако для данной схемы это состояние не является устойчивым, поскольку усилитель охвачен положительной обратной связью.

Предположим, что напряжение  резко увеличилось на  (например, за счёт тепловых шумов). Это приведёт к резкому увеличению , т.к.  не может измениться резко при наличии конденсатора, и, как следствие, увеличению  на . В свою очередь, это приведёт к ещё большему увеличению . Развивается лавинообразный процесс нарастания  и , в результате которого ОУ войдёт в насыщенное состояние и мы получим . Начнётся заряд конденсатора через сопротивление R и напряжение  будет расти. Обязательно наступит момент, когда  станет очень маленьким и ОУ выйдет из состояния насыщения. Начнётся лавинообразный процесс уменьшения напряжений  и , в то время как  обладает инерцией за счёт конденсатора. Лавинообразный процесс закончится, когда ОУ снова войдёт в состояние насыщения. Тогда: ; . Теперь начнётся медленный процесс перезаряда конденсатора. Он сначала разрядится, а затем будет заряжаться в другой полярности, пока напряжение на нём не достигнет значения примерно . Дальше можно не продолжать подробное описание. Уже ясно, что устойчивых состояний схема не имеет, и два описанных лавинообразных процесса будут всё время чередоваться. Получился генератор. Изменения напряжений на выходе и на конденсаторе изображены на рис. 6.55б.

Напряжение на конденсаторе в интервале от  меняется следующим образом. , где . При этом . Отсюда легко получить выражение для периода колебаний, вычислив время перезаряда конденсатора. . Когда .

6.8.9. «Инвертор» сопротивления Z (изменение знака Z).

Эта схема, рис. 6.56, на самом деле является двухполюсником, так как выходное напряжение внешней цепью не используется. ОУ работает в линейном режиме (без насыщения). Если сопротивление источника  мало, то положительной ОС за счёт «верхнего» сопротивления , фактически, нет. Схему можно рассматривать, как неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления . Однако нас в данном случае интересует только входное сопротивление схемы. , так как ; . В результате изменился знак сопротивления , . С помощью такого устройства можно реализовать отрицательное сопротивление , когда . Если  есть ёмкостное сопротивление, то получим . Характер сопротивления стал индуктивным, но это не нормальная индуктивность, поскольку зависимость от частоты совсем другая.

Существуют схемы преобразователей сопротивления, которые называют гираторами. Они дают , т.е. обратный двухполюсник по отношению к сопротивлению . Так из ёмкости можно сделать нормальную индуктивность.